Empreu aquest identificador per citar o enllaçar aquest ítem: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/51267
Títol: Розробка програмно-апаратного комплексу для оптимізації енергоспоживання в будівлях на базі IoT-технологій
Altres títols: Development and research of an automated monitoring and control system for energy consumption in premises using IoT technologies
Autor: Максимів, Дмитро Романович
Федчак, Віталій Ігорович
Maksymiv, Dmytro
Fedchak, Vitalii
Affiliation: Тернопільський національний технічний університет ім. І. Пулюя, Факультет прикладних інформаційних технологій та електроінженерії. Кафедра комп’ютерно-інтегрованих технологій
Bibliographic description (Ukraine): Максимів Д.Р., Федчак В.І. Розробка програмно-апаратного комплексу для оптимізації енергоспоживання в будівлях на базі IoT-технологій: кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю „174 — автоматизація, комп’ютерно-інтегровані технології та робототехніка“ / Д.Р. Максимів, В.І. Федчак, — Тернопіль : ТНТУ, 2025. — 88 с
Data de publicació: 22-de -2025
Date of entry: 10-de -2026
Country (code): UA
Place of the edition/event: Тернопільський національний технічний університет ім. І. Пулюя, Факультет прикладних інформаційних технологій та електроінженерії. Кафедра комп’ютерно-інтегрованих технологій
Institution defense: ЕК №21, 2025 р.
Supervisor: Микитишин, Андрій Григорович
Mykytyshyn, Andrii
Committee members: Шовкун, Олександр Павлович
Shovkun, Oleksandr
UDC: 004.738.5:697:620.9
Paraules clau: 151
автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
IoT
аналіз даних
програмно-апаратний комплекс
моніторинг
енергоспоживання
телеметрія
IoT
data analysis
software and hardware complex
monitoring
energy consumption
telemetry
Number of pages: 88
Resum: Кваліфікаційна робота присвячена розробці автоматизованої системи Кваліфікаційна робота присвячена розробці автоматизованої системи моніторингу та керування енергоспоживанням приміщень з використанням технологій ІоТ. В першому розділі розглянуто сучасні підходи до енергоменеджменту будівель та проаналізовано методи оптимізації енергоспоживання. В другому розділі досліджено архітектуру, технологічні засади побудови платформи ПАК, засоби збору, передавання й обробки даних. В третьому розділі кваліфікаційної роботи описано конструктивні та апаратні рішення програмно-апаратного комплексу. В четвертому розділі наведено методики аналізу даних, формування KPI та оцінювання ефективності енергоефективних заходів. В п’ятому розділі подано результати експериментальних досліджень і практичної перевірки працездатності системи. В шостому розділі кваліфікаційної роботи розглянуто забезпечення безпечної роботи з обладнанням. Об’єкт дослідження: процеси енергоспоживання будівель та системи їх моніторингу й керування з використанням інформаційно-комунікаційних та IoT-технологій. Предмет дослідження: методи, моделі та програмно-апаратні засоби збору, обробки й аналізу даних для оптимізації енергоспоживання в будівлях на основі IoT-технологій The qualification work is devoted to the development of an automated system for monitoring and controlling energy consumption in premises using IoT technologies. The first chapter examines modern approaches to building energy management and analyses methods for optimising energy consumption. The second chapter of the thesis explores the architecture and technological foundations of the PAC platform, data collection, transmission and processing. The third chapter of the thesis describes the design and hardware solutions of the software and hardware complex. The fourth chapter presents methods for data analysis, KPI formation, and evaluation of the effectiveness of energy efficiency measures. The fifth chapter presents the results of experimental research and practical testing of the system's performance. The sixth chapter of the thesis examines tsafety of working with the equipment. Object of research: energy consumption processes in buildings and systems for their monitoring and control using information and communication and IoT technologies. Subject of research: methods, models, and software and hardware tools for collecting, processing, and analysing data to optimise energy consumption in buildings based on IoT technologies.
Descripció: Роботу виконано на кафедрі комп’ютерно-інтегрованих технологій Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України. Захист відбудеться 22 грудня 2025 р. о 09 .00 годині на засіданні екзаменаційної комісії № 21 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56, навчальний корпус №1, ауд. 505
Content: ВСТУП 7 1 АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 10 1.1 Актуальність оптимізації енергоспоживання 10 1.2 Нормативно-стандартизаційні орієнтири 11 1.3 Концепція SBEMS/SBA та роль IoT 12 1.4 Архітектурні підходи до ПАК 13 1.5 Комунікаційні технології, протоколи, кібербезпека 14 1.6 Висновок до першого розділу 15 2 ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 16 2.1 Технологічна концепція та архітектура ПАК 16 2.2 Польовий рівень 20 2.3 Комунікаційний рівень 21 2.4 Серверний рівень 24 2.5 Модель даних і семантична інтероперабельність 26 2.6 Модель Аналітика, KPI, формування рекомендацій 27 2.7 Інтерфейс користувача, ролі, API 28 2.8 Інтеграція з інструментами симуляції 29 2.9 Безпека і надійність 30 2.10 Висновок до другого розділу 32 3 КОНСТРУКТОРСЬКА ЧАСТИНА 33 3.1 Вимоги до конструкції ПАК 33 3.2 Структура апаратних модулів: RDAU, DC та DH 34 3.3 Проєктування вузла RDAU 36 3.4 Конструкція концентратора DC, Data Hub (DH) та центрального вузла 39 3.5 Конструктивні та експлуатаційні вимоги 40 3.6 Виконавчі пристрої та інтеграція з системами 41 3.7 Прототипування, оцінка, масштабування 43 3.8 Висновок до третього розділу 45 4 НАУКОВО ДОСЛІДНА ЧАСТИНА 46 4.1 План дослідження та постановка експерименту 46 4.2 KPI та методики оптимізації 47 4.3 Обробка даних, статистичний аналіз та якость вимірювань 51 4.4 Оцінка енергоефективних заходів і сценаріїв 52 4.5 Висновок до четвертого розділу 54 5 СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 56 5.1 Дослідження та оцінка ефективності системи 56 5.2 Збір даних та підготовка вибірки, валідація 57 5.3 Метрики оцінювання, сценарії, KPI 59 5.4 Висновок до п’ятого розділу 61 6 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 62 6.1 Питання щодо охорони праці 62 6.2 Питання щодо безпеки в надзвичайних ситуаціях 64 6.3 Висновки до шостого розділу 68 ВИСНОВКИ 69 ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ 72 ДОДАТКИ
URI: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/51267
Copyright owner: © Максимів Д.Р., Федчак В.І., 2025
References (Ukraine): 1 Aradoaei, M., Ciobanu, R.-C., Schreiner, C. M., Grigoraș, G., & Livadariu, R.-P. BENEFIT: An Energy Management Platform for Smart and Energy Efficient Buildings. Energies, 18, 4542 (2025). https://doi.org/10.3390/en18174542
2 European Parliament and the Council. Directive 2010/31/EU of 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast). Official Journal of the European Union (2010).
3 European Parliament and the Council. Directive (EU) 2023/1791 of 13 September 2023 on energy efficiency (recast). Official Journal of the European Union (2023).
4 ISO. ISO 50001:2018 Energy management systems — Requirements with guidance for use. Geneva: International Organization for Standardization (2018).
5 International Society of Automation. ISA/IEC 62443 Series of Standards.
6 Fagan, M., et al. NISTIR 8259A: IoT Device Cybersecurity Capability Core Baseline. National Institute of Standards and Technology (2020).
7 ASHRAE. BACnet™ (Building Automation and Control Networking Protocol) (веб-ресурс).
8 OWASP Foundation. OWASP Internet of Things Top 10 (2018) (веб-ресурс).
9 Efficiency Valuation Organization (EVO). (2016). International Performance Measurement and Verification Protocol (IPMVP): Core Concepts. Washington, DC: EVO.
10 ISO. (2018). ISO 50001:2018 Energy management systems — Requirements with guidance for use. Geneva: International Organization for Standardization.
11 ISO. ISO 16484-5:2017 Building automation and control systems — Part 5: Data communication protocol. Geneva: International Organization for Standardization (2017).
12 OASIS. (2019). MQTT Version 5.0 (OASIS Standard). OASIS Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) TC.
13 Shelby, Z., Hartke, K., & Bormann, C. (2014). The Constrained Application Protocol (CoAP) (RFC 7252). IETF.
14 Rescorla, E. (2018). The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.3 (RFC 8446). IETF.
15 Rescorla, E., Tschofenig, H., Fossati, T., & others. (2022). The Datagram Transport Layer Security (DTLS) Protocol Version 1.3 (RFC 9147). IETF.
16 Selander, G., Mattsson, J., Palombini, F., & Seitz, L. (2019). Object Security for Constrained RESTful Environments (OSCORE) (RFC 8613). IETF.
17 Balaji, B., Bhattacharya, A., Fierro, G., Gao, J., Gluck, J., Hong, D., Johansen, A., Koh, J., Ploennigs, J., Agarwal, Y., Bergés, M., Culler, D., Gupta, R., Kjærgaard, M. B., Srivastava, M., & Whitehouse, K. (2016). Brick: Towards a Unified Metadata Schema For Buildings. Proceedings of the 3rd ACM International Conference on Systems for Energy-Efficient Built Environments (BuildSys ’16).
18 Project Haystack. (2021). Guide Specifications for Data Modeling Standard.
19 Shah, B., et al. (2022). Performance Study of Time Series Databases. arXiv preprint.
20 DesignBuilder Software Ltd. (n.d.). DesignBuilder CFD Draft Manual.
21 ASHRAE. (2022). ANSI/ASHRAE/IES Standard 90.1-2022: Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings.
22 U.S. Green Building Council (USGBC). (2019). LEED v4.1 Building Design and Construction (BD+C) Beta Guide.
23 IEC. (2023). IEC 62351: Power systems management and associated information exchange — Data and communications security.
24 Bray, T. (2017). The JavaScript Object Notation (JSON) Data Interchange Format (RFC 8259). IETF.
25 Bormann, C., & Hoffman, P. (2020). Concise Binary Object Representation (CBOR) (RFC 8949). IETF.
26 The OpenAPI Initiative. (2021). OpenAPI Specification, Version 3.1.0.
27 Hardt, D. (2012). The OAuth 2.0 Authorization Framework (RFC 6749). IETF.
28 Espressif Systems. (2024). ESP32 Series Datasheet (v5.1).
29 Bosch Sensortec. (2022). BME280 Data Sheet (BST-BME280-DS001, Rev. 1.23). Bosch Sensortec
30 Sensirion. (2022). Datasheet SHT3x-DIS: Humidity and Temperature Sensor (Version 7). Sensirion AG
31 Sensirion. (2023). Sensirion SCD4x Datasheet (SCD40/SCD41). Sensirion AG
32 ROHM Semiconductor. (2011). BH1750FVI: Digital 16-bit Serial Output Type Ambient Light Sensor IC (Datasheet). mouser.com
33 Analog Devices. (2017). ADE9153A: Energy Metering IC with Autocalibration (Data Sheet). analog.com
34 Raspberry Pi Ltd. (2025). Raspberry Pi 4 Model B Product Brief (Published February 2025). datasheets.raspberrypi.com
35 Raspberry Pi Ltd. (2024). Compute Module 4 Datasheet (RP-008168-DS-1). pip.raspberrypi.com
36 International Electrotechnical Commission. (2013). IEC 60529: Degrees of Protection Provided by Enclosures (IP Code) (IEC 60529:1989+A1:1999+A2:2013). webstore.iec.ch
37 International Electrotechnical Commission. (2012). IEC 61326-1: Electrical equipment for measurement, control and laboratory use — EMC requirements — Part 1: General requirements. webstore.iec.ch
38 Modbus Organization. (2012). Modbus Application Protocol Specification V1.1b3. afs.enea.it
39 International Organization for Standardization. (2017). ISO 16484-5: Building automation and control systems (BACS) — Part 5: Data communication protocol. iso.org
40 International Electrotechnical Commission. (2020). IEC 62053-21: Electricity metering equipment (a.c.) — Particular requirements — Part 21: Static meters for active energy (classes 1 and 2). webstore.iec.ch
41 Texas Instruments. (2025). CC2652R SimpleLink™ Multiprotocol 2.4 GHz Wireless MCU (Datasheet). Texas Instruments
42 Semtech Corporation. (2015). SX1276/77/78/79: 137 MHz to 1020 MHz Low Power Long Range Transceiver (Datasheet, Rev. 4).
43 Efficiency Valuation Organization (EVO). (2016). International Performance Measurement and Verification Protocol (IPMVP): Core Concepts. Washington, DC: EVO.
44 ASHRAE. (2014). ASHRAE Guideline 14-2014: Measurement of Energy, Demand, and Water Savings. Atlanta, GA: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
45 ASHRAE. (2020). ANSI/ASHRAE Standard 55-2020: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta, GA: ASHRAE.
46 ISO. (2014). ISO 50006:2014 Energy management systems — Measuring energy performance using energy baselines (EnB) and energy performance indicators (EnPI) — General principles and guidance. Geneva: International Organization for Standardization.
47 ISO. (2014). ISO 50015:2014 Energy management systems — Measurement and verification of energy performance of organizations — General principles and guidance. Geneva: International Organization for Standardization.
48 ISO. (2021). ISO 52120-1:2021 Energy performance of buildings — Contribution of building automation, controls and building management — Part 1: General framework and procedures. Geneva: International Organization for Standardization.
49 Stanko, A., Wieczorek, W., Mykytyshyn, A., Holotenko, O., & Lechachenko, T. (2024). Real-time air quality management: Integrating IoT and Fog computing for effective urban monitoring. CITI’2024: 2nd International Workshop on Computer Information Technologies in Industry 4.0, June 12–14, 2024, Ternopil, Ukraine.
50 Stanko, A., Palka, O., Matiichuk, L., Martsenko, N., & Matsiuk, O. (2021, September). Smart City: A Review of Model Architecture and Technology. In 2021 IEEE 16th International Conference on Computer Sciences and Information Technologies (CSIT) (Vol. 2, pp. 273-277). IEEE.
51 Микитишин А.Г., Митник М.М., Стухляк П.Д. Телекомунікаційні системи та мережі: навчальний посібник для студентів спеціальності 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» – Тернопіль: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2017 – 384 с
52 Стручок В.С. Безпека в надзвичайних ситуаціях. Методичний посібник для здобувачів освітнього ступеня «магістр» всіх спеціальностей денної та заочної (дистанційної) форм навчання / В.С.Стручок. — Тернопіль: ФОП Паляниця В. А., 2022. — 156 с.
Content type: Master Thesis
Apareix a les col·leccions:151 — автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології, 174 Автоматизація, комп’ютерно-інтегровані технології та робототехніка

Arxius per aquest ítem:
Arxiu Descripció MidaFormat 
KRM_Maksymiv_Fedchak_2025.pdfКваліфікаційна робота магістра2,33 MBAdobe PDFVeure/Obrir


Els ítems de DSpace es troben protegits per copyright, amb tots els drets reservats, sempre i quan no s’indiqui el contrari.

Eines d'Administrador