Luận văn: Xây dựng hệ thống giám sát toà nhà dựa trên Thingsboard IoT Platform

Luận văn chi tiết về hệ thống giám sát toà nhà IoT sử dụng nền tảng Thingsboard để thu thập dữ liệu, trực quan hoá và gửi cảnh báo tự động.

• Tác giả: Hồ Đình Tân
• Người hướng dẫn: TS. Trần Hoàng Hải
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Xây Dựng Hệ Thống Giám Sát Tòa Nhà Dựa Trên Thingsboard IoT Platform
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ thống Giám sát Tòa nhà IoT với Thingsboard

Trong era Công nghiệp 4.0, giám sát tòa nhà thông minh đã trở thành một yêu cầu thiết yếu để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành. Thingsboard IoT Platform là một nền tảng mã nguồn mở mạnh mẽ, cho phép các tổ chức xây dựng hệ thống giám sát tòa nhà IoT toàn diện. Nó cung cấp các công cụ để quản lý, xử lý và trực quan hóa dữ liệu từ hàng ngàn thiết bị cảm biến phân tán khắp tòa nhà. Thingsboard hỗ trợ nhiều giao thức kết nối như MQTT, HTTP, CoAP, giúp tích hợp linh hoạt với các loại thiết bị khác nhau. Nền tảng này cho phép các quản lý viên theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí, sự an toàn, tiêu thụ năng lượng và nhiều thông số khác một cách real-time, từ đó đưa ra các quyết định quản lý kịp thời và hiệu quả.

1.1. Khái niệm Thingsboard IoT Platform

Thingsboard là nền tảng IoT mã nguồn mở được thiết kế để quản lý các thiết bị IoT quy mô lớn. Nó cung cấp giao diện web trực quan, API RESTful, và công cụ tạo dashboard giám sát không cần lập trình phức tạp. Thingsboard hỗ trợ database PostgreSQL và Cassandra, cho phép lưu trữ dữ liệu telemetry lớn với hiệu suất cao. Nền tảng này có hai phiên bản chính: Community Edition (CE) miễn phí và Professional Edition (PE) có các tính năng nâng cao, phù hợp với các doanh nghiệp cần quản lý tòa nhà toàn diện.

1.2. Tầm quan trọng của giám sát IoT trong bất động sản hiện đại

Giám sát IoT giúp giảm chi phí vận hành tòa nhà lên đến 30% thông qua quản lý năng lượng thông minh. Hệ thống này cung cấp cảnh báo sớm về các sự cố như chuột rơi, rò rỉ nước, tăng nhiệt độ, giảm thiểu thiệt hại. Thingsboard IoT cho phép phân tích dữ liệu big data để tối ưu hóa điều kiện làm việc, tăng cảm giác an toàn cho cư dân. Nó cũng hỗ trợ tích hợp AI và Machine Learning để dự đoán bảo trì, nâng cao chất lượng sống và hiệu quả kinh tế của các tòa nhà.

II. Kiến trúc và Thành phần Hệ thống Thingsboard

Kiến trúc hệ thống Thingsboard được thiết kế theo mô hình microservices, bao gồm nhiều thành phần linh hoạt và có thể mở rộng. Transport layer (lớp vận chuyển) xử lý giao thức MQTT, HTTP, CoAP để tiếp nhận dữ liệu từ các cảm biến. Rule Engine là trái tim của Thingsboard, cho phép tạo luật xử lý dữ liệu phức tạp mà không cần code. Database layer lưu trữ telemetry data với độ tin cậy cao. API layer cung cấp giao diện REST cho các ứng dụng bên thứ ba kết nối. Dashboard builder cho phép tạo giao diện giám sát tùy chỉnh với các widget trực quan như biểu đồ, bản đồ, cảnh báo real-time. Hệ thống hỗ trợ triển khai trên cloud (AWS, GCP) hoặc on-premise tùy nhu cầu.

2.1. Các thành phần chính trong kiến trúc Thingsboard

Thingsboard bao gồm Devices & Assets để định nghĩa các thiết bị IoT và tài sản. Attributes lưu trữ thông tin tĩnh như vị trí, model thiết bị. Telemetry là dữ liệu động theo thời gian từ cảm biến. Rule Chains tạo logic xử lý tự động dựa trên điều kiện. Notifications & Alarms gửi cảnh báo qua email, SMS, Telegram, LINE. Groups & Permissions quản lý quyền truy cập từng người dùng. Integrations kết nối với hệ thống bên ngoài như BMS, CMS hoặc các nền tảng cloud khác.

2.2. Giao thức kết nối và truyền tải dữ liệu

MQTT (Message Queue Telemetry Transport) là giao thức nhẹ, phù hợp cho IoT với băng thông thấp. HTTP/HTTPS cung cấp độ bảo mật cao nhưng tiêu thụ tài nguyên nhiều hơn. CoAP được thiết kế cho thiết bị IoT điện pin yếu. Thingsboard hỗ trợ QoS (Quality of Service) với ba mức (0, 1, 2) để đảm bảo độ tin cậy truyền dữ liệu. Compression giảm dung lượng dữ liệu truyền tải. Các giao thức này cho phép tích hợp linh hoạt với các loại cảm biến và thiết bị khác nhau.

III. Quy trình Triển khai Hệ thống Giám sát Thingsboard

Triển khai hệ thống Thingsboard cho giám sát tòa nhà đòi hỏi quy trình chi tiết và có tổ chức. Bước đầu tiên là cài đặt Thingsboard trên máy chủ hoặc cloud. Cấu hình kết nối với các thiết bị IoT thông qua access token hoặc certificate. Định nghĩa device templates để chuẩn hóa cách thu thập dữ liệu. Tạo dashboard với các widget biểu thị trạng thái real-time của các hệ thống tòa nhà như HVAC, chiếu sáng, an ninh. Cấu hình Rule Engine để tự động xử lý sự kiện, ví dụ gửi cảnh báo khi nhiệt độ vượt ngưỡng. Thiết lập user roles và phân quyền truy cập. Cuối cùng là testing toàn bộ hệ thống với dữ liệu thực tế hoặc giả lập.

3.1. Cài đặt và cấu hình Thingsboard Ban đầu

Cài đặt Thingsboard có thể thực hiện qua Docker, direct installation, hoặc managed cloud services. Chọn PostgreSQL hoặc Cassandra làm backend database tùy theo khối lượng dữ liệu. Cấu hình MQTT broker để thiết bị kết nối. Tạo tenant cho tòa nhà cụ thể. Tạo users với role admin, operator, hoặc viewer. Chỉnh sửa cài đặt bảo mật như HTTPS, SSL/TLS certificates. Kiểm tra connectivity từ các cảm biến đến platform.

3.2. Thiết kế các Rule Engine cho cảnh báo và thông báo

Rule chains cho phép tạo logic xử lý dữ liệu tùy chỉnh. Ví dụ: nếu nhiệt độ > 35°C thì gửi email cảnh báo. Script nodes cho phép viết JavaScript để xử lý dữ liệu phức tạp. Filter nodes lọc dữ liệu không cần thiết. External integrations kết nối với Telegram, LINE, AWS SNS. Alarm nodes tạo sự kiện cảnh báo trong timeline. Delay nodes tạo thời gian chờ trước khi gửi cảnh báo lặp lại. Event creation đối với nhật ký sự kiện tòa nhà.

IV. Kết quả và Hướng phát triển Hệ thống Giám sát Tòa nhà

Hệ thống giám sát Thingsboard đã chứng minh hiệu quả cao trong thực tế triển khai tại các tòa nhà. Dashboard tòa 5 tầng hiển thị trạng thái real-time của tất cả thiết bị, cảm biến trên mỗi tầng. Cảnh báo tự động về nhiệt độ cao, khí CO2, chuột rơi, sự cố điện được gửi qua email và LINE trong vòng dưới 5 giây. Dữ liệu lịch sử cho phép phân tích xu hướng và dự báo bảo trì. Trong tương lai, hệ thống có thể tích hợp AI/ML để dự đoán sự cố, tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng, kết nối với Big Data platforms, và hỗ trợ blockchain cho quản lý IoT an toàn hơn.

4.1. Kết quả đạt được từ triển khai hệ thống

Giám sát 24/7 real-time các thông số nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí giúp phát hiện sớm các sự cố. Cảnh báo tự động về rò rỉ nước, mất điện, khỏi báo thông qua email và ứng dụng LINE giảm thời gian phản ứng từ vài giờ xuống phút. Dashboard trực quan cho phép quản lý viên nắm bắt toàn cảnh tòa nhà từ một màn hình duy nhất. Báo cáo dữ liệu hỗ trợ quyết định quản lý dựa trên data. Giảm 20-30% chi phí vận hành nhờ quản lý năng lượng thông minh.

4.2. Hướng phát triển và mở rộng tương lai

Tích hợp AI/Machine Learning để dự đoán bảo trì phòng ngừa (predictive maintenance), giảm thời gian downtime. Kết nối Big Data như Hadoop, Spark để phân tích dữ liệu lớn. Blockchain cho ghi chép an toàn các sự kiện quan trọng. IoT Gateway cải thiện connectivity cho nhiều tòa nhà cùng lúc. Mobile app cho quản lý di động. Voice control sử dụng Alexa, Google Assistant. Tích hợp BMS, EMS cho quản lý năng lượng toàn diện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HẢ NỌI LUẬN VĂN THẠC SĨ Xây dựng hệ thống giám sát tòa nhà dựa trén Thingsboard IoT Platform HỒ ĐÌNH LẦN Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Giang viên hướng dẫn: T8. Trần Hoàng Hải Viện: 'Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông TIA NỘI, 2020 TRUONG BAI HOC BACH KHOA HA NOI LUẬN VĂN THẠC SĨ Xây dựng hệ thống giám sát tòa nhà dựa trén Thingsboard IoT Platform HO DINH TAN Ngành: Kỹ thuật điều khiến và tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Iloàng Tải Chữ ký của GVHD. Viện: Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông TIẢ NỘI, 2020 LOT CAM ON Đầu lên, tôi xin được gửi lời cảm cm sâu sắc nhất tỏi Thầy giáo - TS Trần Hoàng Hãi - Giảng viên, Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông, Trường Đại học lách Khoa Lia Nội đã hướng dẫn và cho tôi những lời khuyên trong quá trinh thực hiện luận văn này.

Tiếp theo, tôi xin chân thánh cảm ơn các thây cô trang Viện Công nghệ thông tin và truyền thông, Viện đào tạo sau đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo diễu kiện cho tôi trong suốt quả trình học tập và nghiên cứu tại trường Cuỗi cùng, tôi xin bảy tó lòng cám ơn tới những người thân trong gia đỉnh, bạn bè và đẳng nghiệp đã động viên và giúp đã để tôi hoàn thành bắn luận van tủy Tà Nội, ngày. năm 2020 Tác giả Hô Đình Tân 3.3 Vận hành và kết quá thu dược. TH HH HH HH1 HH ng yên .1 Một số kịch bản thực hiện. ào neieieaorenoeeo Al 3.3 Kết quả giao diện vận hành.4 Danh giá về hệ thống giảm sát sử dụng, Thingsboard IøT Platform.

SĨ KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Hinh 3. Giao diện thiết kế các bảng giảm sát cho thư viện Tạ Quang Bửu.Giao điện thể hiện trạng thải và vị trí các thiết bị, cảm biến. Tiểu dẫ nhiệt độ.

'Trạng thải các thiết bị tầng 1.ooooocc2ccccccctccrttrrrerrecee 40 Tĩnh 3. Thông báo cảnh báo nhiệt độ cao, sự cổ.21 Camera giảm gắt -ò- 1 Linh 3. Linh anh Root Rule chain. THình ảnh Rule chain đành cho cảnh báo nhiệt độ.

Tiền hành chạy dứt liệu giả lập. "Thiết bị giả lập nhận được thông số lên thiết bị tương ứng trên. Giả lập trạng thái câm biển rhnội dộ cao. Hiển thị cảnh báo nhiệt Hình 3.Cảnh báo nhiệt độ cao théng qua email va Line.

Giả lập trạng thái câm biển khói báo có khỏi. 1Hiển thị cảnh báo 06 cfih bbo KhOt.eeceesesecieenimnt sneer Hình 3.31 Cảnh báo có báo khỏi thong qua email va Tine Hinh 3. Giá lập cảnh báo bao Chay oc cccccssessensieserseetssteesstesstenstesesve Tlinh 3. THiển thi canh bao bao chay.

Cảnh bao bao cháy thông qua Email va LINE 49 Hinh 3.35, Kết quả đầu vào bingsboard, nhan théng, qua POST ‘TELEMETRY wn3 Hinh 3. Hình ảnh tổng hợp thông số các đữ liệu từ thiết bị của lẳng 1 Linh 3. 11ình ảnh toán bộ giám sát 5 tâng thư viện Tạ Quang Lứu. vị DANH MẸC CÁC BẰNG BIÊU Bang 3.

Danh sach IoT Hub và các thiết bị kết nối 31 iv DANH MUC KY HIEU, CAC CHU VIET TAT loT Internet of Things Internet Van Vat AI Artificial Intelligence Tri tué nhan tao MQTT Message Queue Giao thức mạng nhẹ, vận Telemetry Transport | chuyén tin nhin gitta cae thiết bị. Giao thức thường, chay trên TCP /IP. CE Community Edition Phiên bản công đồng PE Professional Edition | Phién bản chuyên nghiệp BMS Building Management | Hé thong quan ly toa nha System M2M Machine to Machine | Tuong tac gitta may voi may QoS Qualities of Service Chat luong dich vu AWS Amazon Web Service | Dich vu web của Amazon. GCP Google Cloud Platform | Nên tảng dịch vụ điện toán đám mây của Google HTTP HyperTextTransfer | Giao thức truyền tải siêu Protocol van ban HLS HTTP Live Streaming “Truyền trực tiếp qua HTTp IP Internet Protocol Địa chỉ giao thức internet DBMS Database Management | Hé quan tri cơ sở dữ liệu System ODBC Open Database Kết nổi cơ sở dữ liêu mở Connectivity ill 3.3 Vận hành và kết quá thu dược.

TH HH HH HH1 HH ng yên .1 Một số kịch bản thực hiện. ào neieieaorenoeeo Al 3.3 Kết quả giao diện vận hành.4 Danh giá về hệ thống giảm sát sử dụng, Thingsboard IøT Platform. SĨ KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MẸC CÁC BẰNG BIÊU Bang 3.

Danh sach IoT Hub và các thiết bị kết nối 31 iv MOP: 1. Dat vin để Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 diễn ra với tốc độ nhanh theo cấp số nhân đang làm thay đổi bết cảnh toàn cầu và có tác động ngày một gia tăng đến tất cả các quốc gia, đề thay đối kịp thea xu hướng thé giới chúng ta cân phải cập nhật và học hỏi liên tục các công nghệ cốt lới hàng đầu như Trị tuệ nhân tạo và học may (AI and Machine Learning), Intemet van vat (oT), Dit liga lon (Big Data), Blockchains, Cloud, Trong đó học viên nhận thấy Trternot vạn vật (IoT) có thể được ứng dụng thực tế phủ hợp với mỗi trường ở Việt Nam vi chúng ta đang trên da phát triển. nhanh nhưng cũng phải cần có sự an toản và tinh én định đề kiếm soát, quân lý chặt chế phòng ngừa rủi ro, nhát là các tỏa nhà cao tầng tiềm ấn nhiều nguy cơ. Đồng thời làm quen với các hệ thông lợi kết hợp các công nghệ 4.0 khác trong tương lai hur AT, Big Data, Cloud, Vi những lẽ dó, kết hợp với tình bình thực tổ sông việc của bản thân, học viên xin chọn để tải: “Xây dựng hệ thông giảm sát tòa nhà dựa trên Thingsboard.

- Tim hiểu tổng quan vẻ hệ thông giảm sát tỏa nhà (yêu cầu từ người sử đụng, những vẫn đề kỹ thuật, mô hình triển khai ) 'm hiểu các kiến thức lý thuyết về hệ thông lơ, các công nghệ được sứ đụng, ~ Tìm hiểu Thingsboard ToT Piaform, các chức năng, đặc trương: - Triển khai thứ nghiệm hệ thống giám sát, cảnh báo cho tòa nhà Thư viện. Ta Quang Bửu. Phương pháp thực hiện Hiện nay có khả nhiều hé théng lol platform céng cụ giám sat hé tre cho công việc người quản lý tòa nhà. Chức nắng của chúng là giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị cảnh báo, các thiết bị giám sát, hệ thống cảm biển trang toa nhà và gửi thông tin đến màn hình giảm sát để cánh bảo cho người quán lý khi có sự có hoặc có khả năng sẽ xây ra sự , cùng đó là tích hợp được các dữ liệu đến Cloud hay Big Data, tich hop cả hệ thống AI, ML.3 Vận hành và kết quá thu dược.

TH HH HH HH1 HH ng yên .1 Một số kịch bản thực hiện. ào neieieaorenoeeo Al 3.3 Kết quả giao diện vận hành.4 Danh giá về hệ thống giảm sát sử dụng, Thingsboard IøT Platform. SĨ KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC MOP: 1.

Dat vin để Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 diễn ra với tốc độ nhanh theo cấp số nhân đang làm thay đổi bết cảnh toàn cầu và có tác động ngày một gia tăng đến tất cả các quốc gia, đề thay đối kịp thea xu hướng thé giới chúng ta cân phải cập nhật và học hỏi liên tục các công nghệ cốt lới hàng đầu như Trị tuệ nhân tạo và học may (AI and Machine Learning), Intemet van vat (oT), Dit liga lon (Big Data), Blockchains, Cloud, Trong đó học viên nhận thấy Trternot vạn vật (IoT) có thể được ứng dụng thực tế phủ hợp với mỗi trường ở Việt Nam vi chúng ta đang trên da phát triển. nhanh nhưng cũng phải cần có sự an toản và tinh én định đề kiếm soát, quân lý chặt chế phòng ngừa rủi ro, nhát là các tỏa nhà cao tầng tiềm ấn nhiều nguy cơ. Đồng thời làm quen với các hệ thông lợi kết hợp các công nghệ 4.0 khác trong tương lai hur AT, Big Data, Cloud, Vi những lẽ dó, kết hợp với tình bình thực tổ sông việc của bản thân, học viên xin chọn để tải: “Xây dựng hệ thông giảm sát tòa nhà dựa trên Thingsboard. - Tim hiểu tổng quan vẻ hệ thông giảm sát tỏa nhà (yêu cầu từ người sử đụng, những vẫn đề kỹ thuật, mô hình triển khai ) 'm hiểu các kiến thức lý thuyết về hệ thông lơ, các công nghệ được sứ đụng, ~ Tìm hiểu Thingsboard ToT Piaform, các chức năng, đặc trương: - Triển khai thứ nghiệm hệ thống giám sát, cảnh báo cho tòa nhà Thư viện.

Ta Quang Bửu. Phương pháp thực hiện Hiện nay có khả nhiều hé théng lol platform céng cụ giám sat hé tre cho công việc người quản lý tòa nhà. Chức nắng của chúng là giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị cảnh báo, các thiết bị giám sát, hệ thống cảm biển trang toa nhà và gửi thông tin đến màn hình giảm sát để cánh bảo cho người quán lý khi có sự có hoặc có khả năng sẽ xây ra sự , cùng đó là tích hợp được các dữ liệu đến Cloud hay Big Data, tich hop cả hệ thống AI, ML. DANH MUC KY HIEU, CAC CHU VIET TAT loT Internet of Things Internet Van Vat AI Artificial Intelligence Tri tué nhan tao MQTT Message Queue Giao thức mạng nhẹ, vận Telemetry Transport | chuyén tin nhin gitta cae thiết bị.

Giao thức thường, chay trên TCP /IP. CE Community Edition Phiên bản công đồng PE Professional Edition | Phién bản chuyên nghiệp BMS Building Management | Hé thong quan ly toa nha System M2M Machine to Machine | Tuong tac gitta may voi may QoS Qualities of Service Chat luong dich vu AWS Amazon Web Service | Dich vu web của Amazon. GCP Google Cloud Platform | Nên tảng dịch vụ điện toán đám mây của Google HTTP HyperTextTransfer | Giao thức truyền tải siêu Protocol van ban HLS HTTP Live Streaming “Truyền trực tiếp qua HTTp IP Internet Protocol Địa chỉ giao thức internet DBMS Database Management | Hé quan tri cơ sở dữ liệu System ODBC Open Database Kết nổi cơ sở dữ liêu mở Connectivity ill DANH MUC KY HIEU, CAC CHU VIET TAT loT Internet of Things Internet Van Vat AI Artificial Intelligence Tri tué nhan tao MQTT Message Queue Giao thức mạng nhẹ, vận Telemetry Transport | chuyén tin nhin gitta cae thiết bị. Giao thức thường, chay trên TCP /IP.

CE Community Edition Phiên bản công đồng PE Professional Edition | Phién bản chuyên nghiệp BMS Building Management | Hé thong quan ly toa nha System M2M Machine to Machine | Tuong tac gitta may voi may QoS Qualities of Service Chat luong dich vu AWS Amazon Web Service | Dich vu web của Amazon.