Bằng thực nghiệm, khi cho hệ thống hoạt động ở những trường hợp với khoảng cách từ hệ thống tới gateway khác nhau, ta có thể xác định được tỷ lệ chuyển giao gói dữ liệu.
Trường hợp thứ nhất, đặt 1 nút cảm biến ở khoảng cách 5m so với gateway, số liệu thu được như bảng 4.1.
Bảng 4. 1: Số lượng gói dữ liệu thu được khi đặt 1 nút cảm biến cách xa 5m so với gateway
Số lần đo Số gói gửi Số gói thu Tỷ lệ chuyển giao gói dữ liệu
1 102 100 98%
2 200 196 98%
3 350 338 97%
Như vậy khi đặt 1 nút cảm biến cách xa gateway với khoảng cách 5m thì tỷ lệ chuyển giao gói dữ liệu thành công là 98%.
Trường hợp thứ 2, đặt 3 nút cảm biến ở những khoảng cách khác nhau so với gateway trong điều kiện không có vật cản. Khoảng cách từ nút cảm biến số 1, cảm biến số 2 và cảm biến số 3 đến cổng gateway tương ứng là 2,5m, 3m và 4.5m.
Hình 4. 11: Sơ đồ bố trí 3 nút cảm biến với khoảng cách khác nhau tới gateway
Sau khi thu thập dữ liệu từ các cảm biến và truyền về gateway, số liệu thống kê số lượng gói dữ liệu truyền và nhận được ở gateway thu được như trong bảng 4.2.
Bảng 4. 2: Số lượng gói dữ liệu thu được khi đặt các nút cảm biến cách xa gateway tương ứng với khoảng cách 2,5m, 3m và 4,5m.
Nút cảm biến Số gói gửi Số gói thu Tỷ lệ chuyển giao gói dữ liệu
1 104 68 65,4%
2 114 74 64,9%
Trong trường hợp đặt các nút cảm biến cách xa gateway tương ứng với khoảng cách 2,5m, 3m và 4,5m, tỷ lệ chuyển giao gói dữ liệu thành công là xấp xỉ 65%.
Trường hợp thứ 3, đặt nút cảm biến ở khoảng cách 48m so với gateway, các cảm biến được bố trí như hình 4.12.
Hình 4. 12: Sơ đồ bố trí 3 nút cảm biến cách xa 48m tới gateway
Số liệu thu được như bảng 4.3.
Bảng 4. 3: Số lượng gói dữ liệu thu được khi đặt nút cảm biến cách xa 48m so với gateway
Nút cảm biến Số gói gửi Số gói thu Tỷ lệ chuyển giao gói dữ liệu
1 108 62 57,4%
2 103 57 55,3%
3 105 60 57,1%
Trong trường hợp này, 3 nút cảm biến cách xa gateway khoảng 48m, tỷ lệ chuyển giao gói dữ liệu thành công là xấp xỉ 57%.
Trong trường hợp số 2 và số 3, có một vấn đề xảy ra với việc truyền nhận dữ liệu, nguyên nhân là do sự xung đột trong quá trình truyền dữ liệu liên tục từ ba nút cảm biến tới gateway cùng một lúc. Bên cạnh đó, tỷ lệ truyền gói dữ liệu cũng phụ thuộc vào yếu tố khoảng cách, tỷ lệ gói dữ liệu nhận được giảm từ 65% xuống còn 57% khi tăng khoảng cách từ 2,5m đến 48m.
Như vậy, sau khi thực nghiệm truyền dữ liệu từ các nút cảm biến tới gateway ở khoảng cách khác nhau, tỷ lệ chuyển giao gói dữ liệu cao nhất trong trường hợp thứ 2, 3 nút cảm biến đặt cách gateway với khoảng cách tương ứng là 2,5m, 3m và 4,5m và không có vật cản.
Với mục tiêu chính thiết kế một mạng cảm biến, yêu cầu đặt ra cần tính toán tổng mức năng lượng tiêu thụ của toàn bộ hệ thống. Năng lượng được xác định bởi công thức: P = V x I (4.1); với P là năng lượng, V là điện áp và I là dòng tiêu thụ.
Nút cảm biến sử dụng một cục pin 6600 mAh, điện áp đầu ra là 3,7V, công suất của pin được tính: 6600 x 3,7 = 24420 mWh.
Nút cảm biến bao gồm bo mạch chủ Waspmote, bo mạch giao tiếp mở rộng, mođun truyền dữ liệu không dây XBee, cảm biến gia tốc ADXL335, cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến độ ẩm đất Watermark. Tổng năng lượng tiêu thụ của toàn bộ hệ thống bằng tổng mức năng lượng của các thành phần trong hệ thống.
Bo mạch Waspmote: dòng tiêu thụ 15mA, điện áp 3,3V. P = 15 x 3,3 = 49,5mW.
Trong trường hợp hệ thống hoạt động ở chế độ ngủ, dòng tiêu thụ của bo mạch Waspmote chỉ là 55µA, công suất tiêu thụ là 0,18mW.
Môđun truyền dữ liệu không dây XBee, dòng tiêu thụ 15,2mA, điện áp 3,3V. Công suất tiêu thụ được xác định P = 15,2 x 3,3 = 50,16mW.
Cảm biến gia tốc ADXL335: dòng tiêu thụ 350µA, điện áp 3,3V. P = 1,155mW Cảm biến đo nhiệt độ LM35: dòng tiêu thụ 10mA, điện áp 3,3V. P = 33mW. Cảm biến đo độ ẩm đất Watermark: dòng tiêu thụ khoảng 2mA, điện áp 3,3V. Công suất tiêu thụ là P = 2 x 3,3 = 6,6 mW
Trường hợp thứ nhất: Nếu đọc và truyền dữ liệu liên tục, khi đó tổng năng lượng tiêu thụ của nút cảm biến là: P = 49,5 + 1,155 + 50,16 + 33 + 6,6 = 140,415 mW
Thời gian sống của nút cảm biến sẽ được tính bằng tỷ số tổng công suất pin nguồn chia cho tổng công suất tiêu thụ của các thành phần trong nút cảm biến: 24420/146,415 = 166,786 h (khoảng 7 ngày).
Trường hợp thứ hai: Sau 10 phút sẽ đọc và truyền dữ liệu 1 lần. Hệ thống mất 3 giây cho mỗi lần đọc và truyền dữ liệu.
Tổng công suất tiêu thụ của hệ thống trong thời gian 3 giây cho quá trình đọc và truyền dữ liệu là: 140,415 x (3/3600) = 0,117 mWh.
Trong chế độ ngủ, công suất tiêu thụ của nút cảm biến là 0,18mW. Trong khoảng thời gian 10 phút, tổng công suất tiêu thụ của nút cảm biến là:
P = 0,18 x (10/60) = 0,03 mWh
24420/(0,117 + 0,03) = 166122 (lần)
Cứ 10 phút sẽ đọc và truyền một lần, mỗi lần đọc và truyền dữ liệu mất 3 giây, vậy thời gian cho một lần đọc và truyền hoàn thành là:
10/60 + 3/3600 = 0,1675 (h)
Như vậy hệ thống sẽ có thể hoạt động là: 166122 x 0,1675 = 27825,435 (h) (khoảng 1159 ngày).
KẾT LUẬN
Với mục tiêu của luận văn nghiên cứu và thiết kế mạng cảm biến không dây phục vụ cảnh báo trượt đất. Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu, phân tích và thiết kế hệ thống nút cảm biến đã được hoàn thiện, có thể rút ra kết luận như sau:
- Luận văn đã nghiên cứu được thực trạng cảnh báo trượt đất ở Việt Nam và một số nước trên thế giới, đồng thời cũng xây dựng được cái nhìn tổng quan về mạng cảm biến không dây.
- Vấn đề nghiên cứu và thiết kế một hệ thống cảnh báo trượt lở đất rất cấp thiết trong việc giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản ở Việt Nam cũng như các nước ở trên thế giới.
- Hiện tại ở Việt Nam vẫn chưa có một hệ thống cảnh báo trượt đất nào được thương mại hóa. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và thiết kế thành công mạng cảm biến không dây bao gồm cảm biến gia tốc, cảm biến nhiệt độ và cảm biến đo độ ẩm đất đã góp phần vào việc nghiên cứu và thiết kế một hệ thống cảnh báo trượt lở đất hoàn chỉnh có thể được ứng dụng giám sát điều kiện môi trường tự nhiên ở Việt Nam, đặc biệt là hiện tượng trượt đất.
Hƣớng phát triển tiếp theo: Nghiên cứu và nâng cấp hệ thống mạng cảm biến
không dây có khả năng ứng dụng trong hệ thống cảnh báo trượt đất. Nâng cao độ tin cậy của hệ thống, đồng thời tăng số lượng nút cảm biến trong mạng. Góp phần vào công tác giám sát, quản lý và giảm thiểu thiên tai tại Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt
[1]. Nghiêm Hữu Hạnh. Một số giải pháp quản lý, phòng chống tai biến trượt lở ở vùng núi Việt Nam. Hội nghị khoa học toàn quốc, Hà Nội, 2008.
[2]. Nghiêm Hữu Hạnh. Biến đổi khí hậu, nguy cơ tai biến trượt lở ở vùng núi Việt Nam và một số giải pháp quản lý, phòng chống. Tạp chí Địa kỹ thuật, số 3 năm 2009.
[3]. Lomtadze V.D., Địa chất động lực công trình. NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Hà Nội, 1982.
[4]. Vũ Cao Minh. Báo cáo tóm tắt: Nghiên cứu thiên tai trượt lở ở Việt Nam. Hà Nội, năm 2000.
[5]. Nguyễn Sỹ Ngọc. Các yếu tố ảnh hưởng tới ổn định bờ dốc ở Việt Nam. Tuyển tập công trình Hội nghi khoa học toàn quốc lần thứ 5. Hội Cơ học đá Việt Nam. Hà Nội 2006.
[6]. Doãn Minh Tâm. Nghiên cứu nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa trượt đất tại các điểm dân cư vùng núi Việt Nam. Tuyển tập công trình Hội nghi khoa học toàn quốc lần thứ 5. Hội Cơ học đá Việt Nam. Hà Nội 2006.
Tài liệu Tiếng Anh
[7]. Institute for Strategy and Policy on Natural Resources and Environment. Vietnam assessment report on climate change (VARCC). Ha Noi, 2008.
[8]. Varnes D.J., Slope movement types and processes. Chater 2: Landslides- analysis and control. National academy of sciences. Washington, D.C. 1978
[9]. YIN Kunlong, CHEN Lixia, ZHANG Guirong. Regional Landslide Hazard Warning and Risk Assessment. Earth Science Frontiers, 2007, 14(6). China.
[10]. Varnes David J. (1984), Landslide hazard zonation: a review of principles and practice, 63 pages, Paris, Unesco.
[11]. Monserrat, Oriol, Michele Crosetto, Guido Luzi, Josep Gili, Jose Moya, and Jordi Corominas. (2014), "Long term landslide monitoring with Ground Based SAR", In EGU General Assembly Conference, 16, p. 10702.
[12]. Ramesh, M. V. (2014), Design, development, and deployment of a wireless sensor network for detection of landslides, Ad Hoc Networks, 13, pp. 2-18.
[13]. Yussoff, Y., Abidin, H. Z., Rahman, R. A., & Yahaya, F. H. (2010), “Development of a PIC-based wireless sensor column utilizing XBee technology”, The 2nd IEEE International Conference on Information Management and Engineering (ICIME), pp. 116-120.
[14]. Jiang, Zhi-Long, and Da-Nu Zhang. (2012), "Design of Coal Piling Sensor Based on ADXL335", Gongkuang Zidonghua - Industry and Mine Automation, 38(8), pp. 87-89.
[15]. Mei-zhen, G. A. O. (2005), "Principle and application of the LM35 series temperature sensor”, Electronics Instrumentation Customer, 1, 60 pages.
[16]. Kioumars, Amir Hoshang, and Liqiong Tang. (2011), "ATmega and XBee-based wireless sensing" IEEE International Conference on Automation, Robotics and Applications, pp. 351-356.
[17]. Handbook of sensor networks algorithms and architectures, Ivan Stojmenovic’
[18]. Handbook of Wireless Networks and Mobile Computing, Edited by Ivan Stojmenovic’
Trang Website tham khảo
[19]. http://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_sensor_network [20]. http://climatechangegis.blogspot.com
[21]. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_landslides [22]. http://landslides.usgs.gov/recent/