Chương 3 Thiết kế và triển khai nền tảng mô phỏng mạng cảm biến không dây có tính đến yếu tố năng
3.4. Kết quả thử nghiệm với nền tảng mô phỏng
3.4.1.Kết quả thử nghiệm mô phỏng pin
Thử nghiệm có mục đích so sánh kết quả mô phỏng quá trình năng lượng của pin với dữ liệu được công bố bởi nhà sản xuất. Qua đó kiểm nghiệm tính đúng đắn của nền tảng về khả năng mô phỏng quá trình năng lượng.
Thử nghiệm thứ nhất: thực hiện nhằm mục đích mô phỏng quá trình sạc của pin Panasonic BK-60AAAH và so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu được công bố
chính thức của nhà sản xuất [128]. Đây là loại pin Ni-MH có khả năng sạc với các đặc điểm chính bao gồm điện áp danh định 1,2V, dung lượng 550mAh, điện áp ở trạng thái hết pin là 1V. Hình 3.12 so sánh đặc tính quá trình sạc của pin Panasonic BK-60AAAH giữa kết quả được mô phỏng bởi nền tảng và dữ liệu công bố của nhà sản xuất. Đường nét đứt là đặc tính theo dữ liệu được công bố, đường đặc tính nét liền là kết quả mô phỏng.
0.81 1 1.2 1.4 1.6 D ie n a p ( V ) Du lieu cong bo Mo phong -0.2 -0.1 0 0.1 S a i le c h ( V ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 50 100 Thoi gian (h) S O C ( % )
Hình 3.12. So sánh quá trình sạc pin Panasonic BK-60AAAH
Trong mô phỏng này, pin được sạc từ trạng thái cạn năng lượng đến trạng thái đầy với dòng sạc không đổi là 50mA. Trạng thái sạc (SOC) tăng dần từ 0% lên đến 100% trong 16h. Điện áp của pin cũng tăng dần, và khi đến mức đầy pin thì điện áp là 1,47V với sai số bình quân phương (RMSE) là 0,049V.
Thử nghiệm thứ hai: thực hiện mô phỏng quá trình xả của pin Panasonic BK- 60AAAH và so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu được công bố chính thức của nhà sản xuất [128] được biểu diễn như trên Hình 3.13. Pin được xả từ trạng thái đầy đến trạng thái cạn kiệt với dòng điện xả không đổi 100mA. Trạng thái SOC của pin giảm dần từ 100% xuống 0% trong 5,7h và điện áp giảm từ điện áp được sạc đầy xuống 1V với RMSE là 0,026V.
0.81 1 1.2 1.4 1.6 D ie n a p ( V ) Du lieu cong bo Mo phong -0.2 -0.1 0 0.1 S a i le c h ( V ) 0 1 2 3 4 5 0 50 100 Thoi gian (h) S O C ( % )
Hình 3.13. So sánh quá trình xả pin Panasonic BK-60AAAH
Trong cả hai trường hợp, lỗi cao nhất xảy ra khi pin ở các trạng thái trong vùng bắt đầu sạc hoặc kết thúc xả, tức là SOC quá thấp và điện áp tăng hoặc giảm nhanh. Nếu chúng ta loại trừ vùng này và chỉ xem xét vùng danh định đến vùng đầy, thường được coi là vùng làm việc của pin, thì điện áp có sai số RMSE để sạc và xả lần lượt là 0,025V và 0,001V.
Qua thử nghiệm cho thấy nền tảng mô phỏng có thể mô phỏng quá trình năng lượng, cụ thể là quá trình sạc hoặc xả của pin có kết quả xác thực. Các kết quả mô phỏng về đặc tính năng lượng của pin cho thấy độ sai lệch giữa mô phỏng và thực tế là nhỏ. Điều này khẳng định độ tin cậy của nền tảng trong mô phỏng về năng lượng.
3.4.2.Kết quả thực nghiệm phục vụ kiểm nghiệm tính đúng đắn của nền tảng trong mô phỏng năng lượng tiêu thụ của nút mạng
Các nút cảm biến không dây trên thực tế thường có bốn chế độ hoạt động bao gồm các chế độ ngủ, chờ, đo lường và truyền thông. Để thử nghiệm mô phỏng về năng lượng tiêu thụ của nút cảm biến cần phải đo công suất tiêu thụ của nút ở từng chế độ hoạt động để làm tham số đầu vào cho mô phỏng. Việc thu thập dữ liệu về năng lượng ở từng chế độ hoạt động trong quá trình thử nghiệm phải làm đi làm lại nhiều lần, nên cần nút cảm biến hoạt động ở các chế độ một cách chủ động, trong một khoảng thời gian xác định để thực hiện các thực nghiệm cho riêng một chế độ hoạt động cụ thể được thuận tiện. Tuy nhiên, các nút cảm biến sẵn có thường hoạt động theo một chu trình qua các chế độ, khó để biết được thời gian chuyển giữa các chế độ. Người dùng không thể tác động để nút cảm biến hoạt động ở các chế độ
theo ý muốn. Do đó, việc khảo sát và đo năng lượng tiêu thụ ở từng chế độ hoạt động của nút cảm biến sẵn có trên thị trường gặp khó khăn.
Vì vậy, luận án thực hiện thiết kế và chế tạo nút cảm biến để phục vụ cho thử nghiệm nền tảng mô phỏng. Nút cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường được thiết kế với các mô đun cơ bản theo cấu trúc nút thực tế. Nút cảm biến thực nghiệm giúp có thể dễ dàng thực hiện đo năng lượng tiêu thụ ở từng chế độ hoạt động nhờ các thiết kế đặc biệt của phần cứng và phần mềm điều khiển, sẽ được trình bày cụ thể sau đây.