Trong phần này, tôi thực hiện tính toán tiêu thụ điện năng của bộ cảm biến trong các hộp cảm biến để ước tính tuổi thọ của pin. Các hộp cảm biến bao gồm 3 loại cảm biến: nhiệt độ, gia tốc và độ ẩm của đất. Mức độ tiêu thụ điện năng của bộ cảm biến được thể hiện trong Bảng 3.6.
Bảng 3.6: Công suất tiêu thụ điện của một nút cảm biến [10]
Thành phần nút cảm biến
Dòng điện (mA) Điện áp (V) Công suất (mW)
Waspmote 15 (Hoạt động) 55*10-3 (Nghỉ) 3,3 49,5 (Hoạt động) 0,18 (Nghỉ) Modul XBee 3 3,3 10 Cảm biến nhiệt độ 10 3,3 33 Cảm biến gia tốc 0,35 3,3 1,155 Cảm biến độ ẩm 2 3,3 6,6
Tổng công suất trung bình của nút cảm biến khi hoạt động = 100,255 mW
Tổng công suất trung bình của nút cảm biến ở chế độ nghỉ = Công suất của Waspmote ở chế độ nghỉ = 0,18 mW
Pin là pin Lithium, nó có điện áp là 3,7V và 6600 mAh. Công suất tiêu thụ được tính bằng công thức:
Công suất tiêu thụ = Điện áp * Dòng điện
Từ công thức trên, điện năng tiêu thụ là 24,420 Wh. Theo lý thuyết thời gian cho lần sạc tiếp theo được tính: 24420mWh / 100.255mW = 244 giờ (khoảng 10,2 ngày).
Trong thực tế, pin chì-axit không thể xả nhiều lần bằng 100% năng lượng của nó. Vì vậy, khi tính toán cần phải giảm công suất pin bằng một lượng khoảng 25%.
Trong trường hợp này, 25% * 244 giờ = 61 giờ. Vì vậy, thời gian thực tế giữa 2 lần nạp lúc này là: 244 giờ - 61 giờ = 183 giờ (khoảng 7,6 ngày).
Để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ, sau 10 phút chúng tôi thực hiện đọc và truyền dữ liệu một lần trong 3 giây. Trong khoảng thời gian còn lại, các nút cảm biến trong mô hình hoạt động ở chế độ nghỉ và tiêu thụ điện năng ở mức thấp.
Tổng năng lượng tiêu thụ trong 3 giây để đọc và truyền dữ liệu là: 100.255mW * 3s = 0.08mWh. Trong thời gian nghỉ, năng lượng tiêu thụ là: 0.18mW * 10 min = 0.03mWh.
Tổng số lần các nút cảm biến đọc và truyền dữ liệu là: 24420mWh / (0.08mWh + 0.03mWh) = 222.000 lần.
Các nút cảm biến có thể hoạt động khoảng: 222.000 lần * (10 phút + 3giây) * (100% - 25%) = 1162 ngày (khoảng 3,2 năm).
Với việc thực hiện truyền nhận dữ liệu từ các nút cảm biến với thời gian là khoảng 10 phút/1 lần thì vấn đề tiêu thụ năng lượng của pin được tiết kiệm mà hiệu quả công việc vẫn có thể đảm bảo, tuổi thọ của pin được tăng lên từ 7 ngày đến 3 năm.