โปรเจกต์สิ่งประดิษฐ์ IOT Smart Farm ระบบรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ บนมือผ่าน Blynk Application
“ภู…วันนี้รดน้ำต้นไม้ให้แม่หรือยัง!!! “
คำถามนี้ผมมักจะได้ยินคุณแม่ผมถามประจำ เมื่อเลิกงานกลับมาถึงบ้าน เพราะบางครั้งผมเองก็ชอบลืมหน้าที่ที่ได้รับมอบหมายอยู่เสมอ หลังจากเลิกเรียนทำการบ้านเสร็จก็เข้าสู่โหมด Game เลย นี่แหละคือสาเหตุหนึ่งที่ผมอยากจะลองทำโปรเจกต์ที่ใช้งบแบบประหยัดเพื่อทำ ระบบรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ ช่วยให้ผมได้มีเวลาทำอย่างอื่นได้มากขึ้นครับ
แต่ถ้ามองให้ไกลไปอีกนิดหนึ่ง ถ้าผมทำสำเร็จ มีประโยชน์ผมก็เอาไปเป็นตัวอย่างให้คนที่สนใจ เอาไปปรับปรุงลองทำดูได้ เช่นชาวสวน ชาวไร่ในต่างจังหวัด ยิ่งเป็นคนรุ่นใหม่พอมีความรู้ และสนใจจริงๆ ก็น่าจะทำได้ น่าจะเป็นประโยชน์มากยิ่งขึ้น เฉพาะอุปกรณ์รดน้ำต้นไม้นั้น ราคาไม่ได้แพง อุปกรณ์ก็หาได้ไม่ยากในเว็บออนไลน์ ที่อาจจะมีราคาสูงขึ้นมาอีกหน่อยก็คงจะเป็นชุด ผลิตกระแสไฟฟ้าโซลาร์เซลล์นิแหละครับ แต่ผมคิดว่าถ้าเทียบกับชาวไร่ใช้เครื่องสูบน้ำ ต้องใช้ไฟฟ้าหรือน้ำมัน ในตอนนี้ต้นทุนก็น่าจะสูงมากยิ่งขึ้นครับ เพราะน้ำมันก็แพง ค่าไฟก็ปรับขึ้นอีก
ก่อนทำโปรเจกต์นี้ ผมได้ลองค้นหาข้อมูลจากใน Google ก็พบว่ามีผลิตขายเป็นกล่องสำเร็จรูปจากประเทศจีน ที่สามารถนำมาต่อใช้งานได้เลยเป็นระบบตั้งเวลา เปิด/ปิด ให้ทำงานอัตโนมัติ แต่ผมคิดยังมีราคาแพงอยู่ เพราะเมื่อมองถึงอนาคต ถ้าเสียขึ้นมาการซ่อมก็คงจะไม่คุ้มค่า จำเป็นต้องซื้อเครื่องใหม่ทดแทนตัวเก่า ต้นทุนชาวสวน ชาวไร่ก็คงเพิ่มขึ้นไปอีก และอีกอย่างหนึ่ง ผมต้องการทำโปรเจกต์ที่ผมสนใจคือใช้ระบบ IOT เข้าไปควบคุมการทำงานได้ด้วย เช่น ควบคุมผ่านโทรศัพท์มือ ถ้าเป็นแบบที่ผมพูดถึงนี้ราคาก็จะยิ่งแพงมากขึ้นไปอีก
ดังนั้น ผมจึงมองหาชุดอุปกรณ์ที่มีแยกขายเป็นชิ้นๆ สามารถนำมาประกอบใช้งานได้จริง ราคาไม่แพง หาอุปกรณ์ (อะไหล่) ได้ง่าย เมื่อเสียสามารถซ่อมได้ ผมใช้เวลาอยู๋หลายเดือนค่อยๆสั่งซื้ออุปกรณ์แต่ละอย่าง พร้อมๆกับศึกษาหาข้อมูลคุณสมบัติและการทำงานของอุปกรณ์แต่ละชนิด ตามเวลาที่มี จากนั้นก็ทดลองทำดูจากหลายท่านมาก บางครั้งก็ทำงานได้บ้างแต่ไม่สมบรูณ์หรือบางทีก็ไม่ทำงานเลยก็มีจึงทำให้เสียเวลาไปมาก แต่อย่างน้อยก็ทำให้เราเข้าใจและได้ความรู้มากยิ่งขึ้นทุกครั้งที่ต้องแก้ปัญหาในโปรเจคที่เราทำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเรื่องการเขียน การแก้ไขโค้ดภาษา C++ เพื่อให้สามารถควบคุม สั่งงานเชื่อมโยงอุปกรณ์ที่เราต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ในที่สุดผมได้เลือกนำเอาข้อดี ของแต่ละโปรเจกต์ที่ผมได้เรียนรู้ จากผู้รู้หลายๆคน มาปรับให้เข้ากันในแบบที่ผมต้องการได้สำเร็จและเป็นโปรเจกต์ สิ่งประดิษฐ์ IOT Smart Farm ระบบรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ บนมือผ่าน Blynk Application
สิ่งที่ได้จากโปรเจกต์ สิ่งประดิษฐ์นี้ :
1. การสร้างอุปกรณ์ IOT ที่สามารถรดน้ำต้นไม้ ช่วยคนทำงานได้ แบบอัตโนมัติ และมีราคาถูก หาอุปกรณ์ได้ง่าย
2. สามารถนำไปใช้งานได้จริง แม้ในพื้นที่ที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าเข้าถึง โดยใช้พลังงานสะอาดจากโซลาร์เซลล์
3. ได้ความรู้ในการทดลอง ติดตั้งการผลิตกระแสไฟฟ้า ที่เป็นพลังงานสะอาดจากแผงโซลาร์เซลล์
4. ได้ศึกษาการเขียนโปรแกรมคำสั่งโค้ดภาษา C++ เพื่อควบคุมสั่งงาน ไมโครคอนโทรลเลอร์ NodeMCE ESP8266
5. ได้แนวคิดการนำระบบ IOT เชื่อมโยงกับ Internet ไปพัฒนาต่อยอด เพื่อควบคุมอุปกรณ์อื่นๆได้อีกมาก
6. ได้เรียนรู้ คุณสมบัติการทำงานของโมดูลต่างๆ ที่ทำงานร่วมกับ NodeMCE ESP8266 ที่มีคุณสมบัติ เหมาะสำหรับการนำไปออกแบบและพัฒนาระบบ IOT ได้หลากหลาย ตามที่เราต้องการ ในราคาที่ประหยัดสามารถหาซื้ออุปกรณ์ได้ง่าย แต่มีประสิทธิภาพดี เทียบเท่ากับอุปกรณ์ที่มีราคาแพง
ประโยชน์ของสิ่งประดิษฐ์ :
ช่วยทำให้การรดน้ำต้นไม้ ที่ใช้แรงงานจากคน เปลี่ยนไปเป็นระบบ IOT ที่มีความ เฉลียวฉลาดสามารถ ตรวจสอบค่าอุณหภูมิและความชื้นในอากาศ ความชื้นในดิน ซึ่งมีผลเกี่ยวข้องกับการเกษตรได้ที่หน้าจอแสดงผล ของตู้คอนโทรล หรือใน Blynk App. ในโทรศัพท์มือที่ได้ตั้งค่าไว้ โดยเราสามารถควบคุม และสั่งการผ่านโทรศัพท์มือถือ ให้อุปกรณ์ทำงานแทนได้ในทุกที่ ที่มีเครือข่าย Internet (ในกรณีที่เราไม่ได้อยู่ในพื้นที่ที่ IOT ระบบรดน้ำ ต้นไม้อัตโนมัตินี้ถูกติดตั้งไว้) เราสามารถควบคุม และสั่งงานด้วยตนเอง หรือจะตั้งค่าแบบอัตโนมัติ ให้อุปกรณ์ทำงานเองก็ได้ โดยระบบจะแจ้งสถานะการทำงานผ่าน Blynk App. กลับไปยังโทรศัพท์มือถือ ให้เราทราบสถานะการทำงานแบบ Real-time กรณีที่เราได้ตั้งเวลาให้ระบบรดน้ำต้นไม้ ทำงานแบบอัตโนมัติ ตามเวลาที่ได้ตั้งค่าการ ปิด/เปิด เอาไว้ เมื่อถึงเวลาที่ระบบทำงาน จะมีการแจ้งเตือนให้เราทราบผ่านระบบ Line Application ได้ด้วย และขณะเดียวกัน ที่ตู้ควบคุมระบบ ก็จะมีไฟแสดงสถานะการทำงานให้ทราบด้วยเช่นกัน สิ่งประดิษฐ์นี้ สามารถพัฒนาต่อยอด เพื่อนำไปใช้เป็นระบบรดน้ำต้นไม้ หรือพืชผลทางการเกษตรได้ แม้กระทั่งในฟาร์ม เพื่อช่วยลดต้นทุนเกษตรกร ลดระยะเวลาการทำงาน และยังได้พลังงานสะอาดจากระบบไฟฟ้าที่ผลิตจากแผง Solar Cell มาใช้งานในราคาประหยัด เมื่อเทียบกับระบบรดน้ำต้นไม้ที่มีราคาสูงที่มีขายในท้องตลาด
หลักการทำงาน
* ควบคุมการทำงานแบบ Manual
ในบางครั้ง หากระบบควบคุมและสั่งงานผ่าน Internet เกิดปัญหา ไม่สามารถสั่งให้ระบบ IOT รดน้ำต้นไม้ ทำงานได้ตามปกติ เราก็สามารถควบคุมและสั่งงานได้ด้วยตัวเราเอง โดยการ ปิด/เปิด สวิตช์ควบคุม เพื่อจ่ายไฟไปให้กับตัวมอเตอร์ปั๊มน้ำ (Summer Solar) และ โซลินอยด์วาล์ว (Solenoid Valve) โดยตรง ในกรณีนี้สวิตช์จะตัดระบบควบคุมและสั่งงานผ่านมือถือออก เพื่อทำให้ระบบปั๊มน้ำจากถังเก็บน้ำสามารถจ่ายน้ำเข้าสู่ระบบเพื่อไปรดน้ำต้นไม้ได้โดยไม่มีผลกระทบ ต่อต้นไม้ที่ต้องการน้ำไปหล่อเลี้ยง โดยหน้าตู้คอนโทรล นั้นได้ออกแบบให้มีสวิตช์การทำงานไว้ 3 ตำแหน่ง ได้แก่
1. Manual (ควบคุมสั่งงานด้วยตัวเอง)
2. OFF (ปิดการทำงานของระบบทั้งหมด)
3. AUTO (ควบคุมสั่งงานผ่านมือถือ)
* ควบคุมการทำงานแบบ Automatic
การควบคุมสั่งงานผ่านมือถือ ชุดอุปกรณ์ IOT ที่อยู่ในตู้คอนโทรลนั้นจะต้องมีการเชื่อมต่อเข้ากับระบบ Internet เพื่อที่จะส่งข้อมูล สื่อสารกันไปมา ระหว่างส่วนควบคุมในตู้คอนโทรล และ มือถือที่ได้ติดตั้ง Blynk Application สำหรับการควบคุม และสั่งการเอาไว้แล้ว
1. เมื่อเราส่งคำสั่งให้ระบบ IOT รดน้ำต้นไม้ทำงาน โดยการควบคุมด้วยตนเอง หรือการตั้งค่าให้อุปกรณ์ทำงานโดยอัตโนมัติผ่าน Blynk Application โดยโทรศัพท์มือถือ คำสั่งจะส่งผ่าน Internet เชื่อมไปยัง Blynk Service จะซึ่งเป็นตัวกลางเชื่อมต่อกันระหว่างมือถือ กับทางฝั่งบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ NodeMCU (ชุดอุปกรณ์ IOT ระบบรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ) ที่อยู่ในตู้คอนโทรล โดยมีชุดแผง Solar cell มีหน้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้า ไปจัดเก็บพลังงานไว้ใน Battery สำรองเพื่อเป็นพลังงานหลักที่ส่งไปเลี้ยงให้กับวงจรทั้งหมด
2. ฝั่งชุดอุปกรณ์ IOT ระบบรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ เมื่อได้รับคำสั่งผ่านการเชื่อมต่อทาง Internet ผ่าน Blynk Service บอร์ด NodeMCU ซึ่งประกอบไปด้วย ESP8266 (ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่สามารถปล่อย WiFi เพื่อสื่อสารไร้สายในย่าน 2.4GHz ได้) ก็จะประมวลผล Code ชุดคำสั่งนั้นๆ ที่ถูกเขียนผ่านโปรแกรม Arduino IDE ด้วยภาษา C++ เข้าไปฝังไว้ใน NodeMCU ก่อนหน้านั้นแล้ว และเมื่อประมวลผลเสร็จ คำสั่งจะถูกส่งต่อไปให้กับ Module Relay 5V. ชุดเชื่อมต่ออยู่กับตัวมอเตอร์ และอีกหนึ่งชุด เชื่อมต่ออยู่กับโซลินอยด์วาล์ว ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นเหมือนสวิตช์ เปิด/ปิด หน้าคอนแทรกจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านไปให้กับตัวมอเตอร์ Solar Pump ทำหน้าที่ปั๊มน้ำจากถังเก็บส่งไปตามระบบท่อน้ำ และโซลินอยด์วาล์ว จะทำหน้าที่ เปิด/ปิด ควบคุมระบบการจ่ายน้ำ เพื่อเปิดให้ระบบน้ำไหลไปรดน้ำต้นไม้ตามระบบท่อที่วางไว้ในแต่ละจุด
3. การแจ้งเตือน เมื่อระบบทำงานจะส่งข้อมูลแบบ Real Time ผ่าน Internet เชื่อมไปยัง Blynk Service เข้าไปยัง Blynk Application แสดงผล ค่าต่างๆ เช่น ความชื้นในอากาศ อุณหภูมิ และความชื้นในดิน ผ่านทางหน้าจอโทรศัพท์ ตามที่เราได้ออกแบบการวัดค่าของ Sensor แต่ละตัวเอาไว้แต่ทีแรกแล้ว ทำให้เราสามารถทราบผลและวิเคราะห์ข้อมูล ได้ในทันที ส่วนอีกทางหนึ่งจะแจ้งเตือนสถานะการทำงาน การเปิด/ปิดระบบผ่าน Line Application ถูกออกแบบไว้สำหรับ ในกรณีที่เราตั้งค่าให้ระบบระน้ำต้นไม้ ตามเวลาที่เราตั้งค่าไว้ และให้มีการแจ้งเตือน เพื่อให้ทราบว่าระบบได้ทำงาน หรือหยุดการทำงานแล้วจริงๆเพื่อเป็นการตรวจเช็คระบบอีกชั้นหนึ่ง
ขั้นตอนการประดิษฐ์ :
- ศึกษาการทำงานของ โปรแกรม Blynk Application และ Blynk Service และสร้าง Account เพื่อเข้าใช้งาน
- ต่ออุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ โดยใช้บอร์ดทดลอง เพื่อทดสอบการทำงานให้สามารถทำงานได้ก่อน
- เขียนโปรแกรมคำสั่งลงใน ไมโครคอนโทรลเลอร์ NodeMCU และทดสอบการทำงาน
- ทดสอบการทำงาน และติดตั้งแผง Solar Cell และระบบจัดเก็บพลังงานใน Battery
- ประกอบอุปกรณ์ต่างๆ ลงในตู้ คอนโทรล เพื่อนำไปประกอบลงสถานที่ใช้งานจริง
- ทดสอบการทำงานจริง ของสิ่งประดิษฐ์
อุปกรณ์ที่ใช้ในโปรเจกต์ :
- ไมโครคอนโทรลเลอร์ NodeMCU V3 + บอร์ดขยายขา NodeMCU Base 1.0 + สาย Micro USB
- โมดูล Relay 5V. 4CH.
- โมดูล DS3231 Real Time Clock Module (RTC)
- โมดูล DHT11 Humitdity and Temperature for Arduino
- โมดูล Soil Moisture Sensor
- โมดูล LCD1602 LCD module Blue screen IIC/I2C 1602 for arduino
- โซลินอยด์วาล์ว Solenoid Valve 1/2″ 12VDCNC
- ปั๊มน้ำ Summer Solar Pump DC 12V/180W
- สายยาง Garden Hose / Micro Tube (4mm Hose)
- แผงโซล่าเซล Solar Panel 200w Mono 18V/10.2A
- ชุดควบคุมการชาร์จ 30A Solar Charge Controller
- แบตเตอรี่ 12VDC.Battery-Charges
Update สามารถ Download Code ได้ที่ : https://github.com/PoleSupakorn/Watering_Blynk2_0