1. GIỚI THIỆU

Hiện nay, các trường đại học và cơ sở nghiên cứu tại Việt Nam đang sở hữu số lượng lớn thiết bị điện chuyên dụng có giá trị cao, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau như đào tạo, nghiên cứu khoa học và cung cấp dịch vụ kỹ thuật. Việc quản lý các thiết bị này thường được thực hiện thông qua hệ thống quản lý tài sản kết hợp với mã vạch hoặc hồ sơ giấy. Tuy nhiên, công tác theo dõi tần suất và thời gian sử dụng thiết bị vẫn chủ yếu dựa vào sổ nhật ký ghi chép thủ công.

Phương pháp quản lý truyền thống này tồn tại nhiều hạn chế, chẳng hạn như nguy cơ thiếu sót thông tin do người sử dụng quên ghi nhận hoặc không ghi nhận trung thực. Điều này gây khó khăn cho công tác truy vết trách nhiệm khi thiết bị xảy ra hư hỏng, đồng thời làm giảm hiệu quả khai thác và sử dụng tài sản. Bên cạnh đó, nếu thời gian vận hành của thiết bị được quản lý chặt chẽ và minh bạch, đơn vị quản lý có thể xây dựng các kế hoạch khai thác thiết bị hợp lý hơn, từ đó mang lại lợi ích kinh tế và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn lực.

Mặc dù trên thị trường hiện nay đã tồn tại nhiều giải pháp giám sát thiết bị và quản lý điện năng, đa số các giải pháp này chỉ tập trung vào việc đo lường công suất hoặc tiêu thụ điện, chưa đáp ứng đồng thời yêu cầu xác thực người sử dụng, giám sát thời gian vận hành thực tế và khả năng mở rộng theo tiêu chuẩn dữ liệu mở. Xuất phát từ những hạn chế trên, nghiên cứu này đề xuất một giải pháp giám sát thời gian vận hành thiết bị điện chuyên dụng dựa trên công nghệ IoT và chuẩn SensorThings, hướng đến khả năng triển khai linh hoạt, mở rộng dễ dàng và phù hợp với điều kiện thực tế tại các cơ sở giáo dục đại học.

2. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Trong những năm gần đây, các hệ thống giám sát dựa trên IoT đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như y tế, công nghiệp sản xuất, năng lượng và tự động hóa. Nhiều công trình tập trung vào việc thu thập dữ liệu thời gian thực từ cảm biến, kết hợp với các thuật toán phân tích hoặc học máy để hỗ trợ ra quyết định.

Một số nghiên cứu đã đề xuất hệ thống giám sát thời gian hoạt động của máy móc nhằm phục vụ công tác bảo trì phòng ngừa, giúp giảm thời gian ngừng máy và nâng cao hiệu suất thiết bị. Các hệ thống này thường sử dụng PLC, nền tảng IoT và giao diện người–máy để hiển thị dữ liệu giám sát từ xa. Ngoài ra, các nghiên cứu về giám sát tình trạng máy theo thời gian thực cũng cho thấy khả năng cải thiện hiệu suất tổng thể của thiết bị và kéo dài tuổi thọ máy móc.

Tuy nhiên, phần lớn các giải pháp hiện có chưa chú trọng đến việc chuẩn hóa dữ liệu theo tiêu chuẩn mở, dẫn đến khó khăn trong việc tích hợp và mở rộng hệ thống. Đồng thời, yếu tố xác thực người sử dụng thiết bị – một yêu cầu quan trọng trong quản lý tài sản tại các cơ sở giáo dục – vẫn chưa được quan tâm đầy đủ. Do đó, việc xây dựng một hệ thống giám sát vừa đảm bảo theo dõi chính xác thời gian vận hành, vừa xác thực người sử dụng và tuân thủ tiêu chuẩn dữ liệu mở là một hướng nghiên cứu cần thiết.

3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1. Mô tả tổng quan về giải pháp đề xuất

Giải pháp được đề xuất bao gồm ba thành phần chính: thiết bị giám sát (Monitor Device), hệ thống máy chủ và người dùng. Thiết bị giám sát được lắp đặt tại vị trí cấp nguồn cho thiết bị điện chuyên dụng, có nhiệm vụ phát hiện trạng thái hoạt động của thiết bị, xác thực người sử dụng thông qua thẻ RFID và ghi nhận thời gian vận hành.

Dữ liệu thu thập được từ thiết bị giám sát được gửi về máy chủ thông qua giao thức MQTT và được mã hóa theo chuẩn SensorThings. Trên máy chủ, dữ liệu được lưu trữ, xử lý và trực quan hóa thông qua ứng dụng web, cho phép người dùng theo dõi và quản lý tình trạng sử dụng thiết bị một cách thuận tiện.

3.2. Chế tạo thiết bị phần cứng

Thiết bị phần cứng giám sát thời gian vận hành được xây dựng dựa trên vi điều khiển ESP32, tích hợp các module chức năng như: bộ đọc thẻ RFID để xác thực người sử dụng, cảm biến dòng điện để phát hiện trạng thái hoạt động của thiết bị, module thời gian thực RTC để ghi nhận thời gian chính xác, màn hình OLED để hiển thị trạng thái và còi báo tín hiệu cho người dùng.

Khi thiết bị điện bắt đầu hoạt động, cảm biến dòng điện phát hiện sự thay đổi và hệ thống yêu cầu người sử dụng quét thẻ RFID để xác thực. Sau khi xác thực thành công, quá trình giám sát thời gian vận hành được kích hoạt và dữ liệu liên tục được gửi về máy chủ. Khi thiết bị ngừng hoạt động, hệ thống ghi nhận thời gian kết thúc và hoàn tất phiên sử dụng.

3.3. Thiết kế giao tiếp truyền thông dựa trên giao thức MQTT

MQTT được lựa chọn làm giao thức truyền thông chính nhờ đặc tính nhẹ, độ trễ thấp và phù hợp với các thiết bị IoT. Trong hệ thống đề xuất, thiết bị giám sát đóng vai trò là publisher, gửi dữ liệu giám sát đến máy chủ trung gian (MQTT Broker). Máy chủ ứng dụng đóng vai trò subscriber, tiếp nhận dữ liệu và xử lý theo nghiệp vụ.

Việc sử dụng MQTT giúp hệ thống đảm bảo khả năng mở rộng, hỗ trợ nhiều thiết bị đồng thời và duy trì độ tin cậy trong môi trường mạng không ổn định.

3.4. Quản trị dữ liệu dựa trên chuẩn SensorThings

Chuẩn SensorThings API của OGC được sử dụng để tổ chức và quản lý dữ liệu giám sát theo mô hình dữ liệu chuỗi thời gian. Chuẩn này cho phép liên kết chặt chẽ giữa dữ liệu đo, thông tin thiết bị, vị trí và siêu dữ liệu liên quan, từ đó hỗ trợ truy vấn, phân tích và mở rộng hệ thống một cách hiệu quả.

Việc áp dụng SensorThings giúp hệ thống dễ dàng tích hợp thêm các thiết bị mới, chia sẻ dữ liệu giữa các nền tảng khác nhau và đảm bảo tính tương thích lâu dài.

3.5. Trực quan hóa dữ liệu trên nền tảng ứng dụng Web

Ứng dụng web được phát triển nhằm cung cấp giao diện trực quan cho người dùng theo dõi thời gian vận hành của thiết bị theo ngày, tháng và năm. Dữ liệu được hiển thị dưới dạng biểu đồ và bảng thống kê, hỗ trợ công tác quản lý và ra quyết định.

Ngoài ra, hệ thống còn cung cấp các dịch vụ web RESTful cho phép truy cập dữ liệu thông qua các yêu cầu HTTP, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tích hợp với các ứng dụng khác.

4. CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM

Hệ thống được triển khai thử nghiệm trên ba thiết bị điện chuyên dụng tại các đơn vị khác nhau. Kết quả thử nghiệm cho thấy dữ liệu giám sát thời gian vận hành được ghi nhận chính xác, đồng bộ với nhật ký sử dụng thực tế. Hệ thống hoạt động ổn định trong điều kiện mạng không dây và nhận được phản hồi tích cực từ người sử dụng.

Thiết bị giám sát cũng được trang bị khả năng lưu trữ tạm thời dữ liệu trong trường hợp mất kết nối Internet, đảm bảo không bị mất dữ liệu trong quá trình vận hành.

5. KẾT LUẬN

Bài báo đã trình bày một giải pháp giám sát thời gian vận hành thiết bị điện chuyên dụng dựa trên IoT và chuẩn SensorThings. Giải pháp đề xuất cho thấy tính khả thi cao, chi phí hợp lý, khả năng mở rộng tốt và phù hợp với yêu cầu thực tế trong quản lý thiết bị tại các cơ sở giáo dục đại học.