Sau quá trình thử nghiệm cơ bản, học viên tiến hành xây dựng một mô hình ứng dụng ThingsBoard phục vụ cho ứng dụng giám sát dữ liệu nông nghiệp thông minh. Mô hình ứng dụng cụ thể như sau:
50
Hình 3. 4: Mô hình hệ thống ứng dụng
Mô hình được xây dựng trên cơ sở ThingsBoard Platform kết hợp với nền tảng phần cứng là máy tính nhúng Raspberry Pi chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu của các cảm biến cần quan sát. Dữ liệu cảm biến ở đây bao gồm các thông số cơ bản như: Nhiệt độ, Độ ẩm đất, Ánh sáng môi trường. Sau khi được thu thập và xử lý dữ liệu được Raspberry Pi gửi về hệ thống xử lý ThingsBoard thông qua kết nối 3G qua kết nối di động. Do đã cài đặt ThingsBoard trên nền tảng một máy tính thông thường nên cần sử dụng một Cloud trung gian để trung chuyển dữ liệu từ Raspberry đến ThingsBoard. Cloud trung gian này là một Broker MQTT được cung cấp miễn phí.
Chi tiết về các khối thành phần như sau:
Thiết bị thu thập dữ liệu: Thiết bị thu thập dữ liệu có thể là các Board mạch như vi điều khiển (Như ESP8266, ESP32) hoặc các máy tính nhúng như Raspberry Pi thông qua kết nối Wifi hoặc kết nối 3G/4G. Ở đây để phục vụ cho mô hình nghiên cứu, học viên lựa chọn Raspberry làm một thiết bị thu thập dữ liệu và truyền tải dữ liệu trực tiếp lên Cloud MQTT và gửi về ThingsBoard. Ngoài khả năng đóng vai trò là một thiết bị thu thập dữ liệu trực tiếp, nếu có nhu cầu mở rộng Raspberry có thể dễ dàng trở thành một Gateway trung gian để thu thập dữ liệu từ các thiết bị khác về
51
truyền về hệ thống xử lý trung tâm. Để làm được việc này Raspberry Pi cần trang bị thêm kết nối trung gian như: LoRa, Zigbee, Bluetooth tương thích với thiết bị thu thập dữ liệu tương ứng.
Hình 3. 13: Board Raspberry Pi 3 được trang bị kết nối 3G
Các thiết bị cảm biến: Các thiết bị cảm biến được kết nối với Raspberry Pi nhằm cung cấp dữ liệu cho Board mạch này. Dữ liệu được gửi đến Raspberry Pi thông qua các giao tiếp thông dụng như: I2C, UART và ADC. Raspberry giao tiếp với các cảm biến để đọc các khung dữ liệu sau đó chuyển đổi sang các kiểu dữ liệu phù hợp trước khi đưa vào xử lý và sau đó gửi đến ThingsBoard Server để lưu trữ và hiển thị.
52
Hình 3.15: Thiết bị cảm biến độ ẩm đất
Cloud (MQTT Broker): ThingsBoard Server được cài đặt tại máy tính cá nhân, do vậy để có thể gửi dữ liệu từ Raspberry Pi đến ThingsBoard cần có một Server trung gian để hỗ trợ trung chuyển dữ liệu. MQTT Broker này do CloudMQTT cung cấp miễn phí cho người dùng khi sử dụng với mục đích nghiên cứu và phát triển. Đối với các ứng dụng thương mại hóa và dữ liệu yêu cầu tốc độ cao thì đơn vị cung cấp yêu cầu người dùng trả phí. Với Cloud MQTT Broker này thì Raspberry và ThingsBoard Server cùng kết nối vào một Server MQTT và 1 topic để trao đổi thông tin. Như vậy, khi Raspberry gửi tin đi thì ThingsBoard Server sẽ nhận được các bản tin.
Hình 3. 16: Mô hình dịch vụ Cloud MQTT
- ThingsBoard Server được cài đặt trên máy tính cá nhân có nhiệm vụ tiếp nhận dữ liệu và xử lý các dữ liệu này. Dữ liệu sau khi được đưa đến sẽ
53
được đưa vào để lưu trữ đồng thời cập nhật đến các giao diện hiển thị dữ liệu cho phép người dùng có thể quan sát và đưa ra các cảnh báo phù hợp nhất. Mỗi dữ liệu cần quan sát sẽ được hiển thị ở biểu đồ tương ứng để thuận tiện cho quá trình quan sát của người dùng.
Hình 3. 6: Mô hình kiến trúc ThingsBoard Server được sử dụng
IoT Monitor là một hệ thống website được hỗ trợ bởi ThingsBoard. Người dùng có thể sử dụng trình duyệt web vào địa chỉ IP của ThingsBoard Server đã cài đặt và có thể quan sát được các thông tin dữ liệu đã được gửi lên từ phía thiết bị lưu trữ.