โปรเจกต์ DIY เห็ด Smart Farm

ข้อดี:

• ควบคุมอุณหภูมิได้

• ข้อมูลความชื้นแบบ Real-time

• ระบบแสงสว่างอัตโนมัติ

• สภาพแวดล้อมในการปลูกที่คงที่

• การเพาะเห็ดที่สะดวกสบาย

• มื้ออาหารแสนอร่อยจากเห็ดหอม (shiitake mushrooms) ที่มีกลิ่นหอม :)

บทนำ

ยุคต่อไปของเกษตรอัจฉริยะ (Smart Agriculture) กำลังเริ่มต้นขึ้นพร้อมกับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของ Internet of Things (IoT) เทคโนโลยี IoT รวบรวมข้อมูลจากภาคสนามแบบ Real-time เพื่อ "ลดช่องว่างระหว่างอุปทานและอุปสงค์ โดยการรับประกันผลผลิตที่สูง ผลกำไร และการปกป้องสิ่งแวดล้อม" (จาก IoT Solutions World Congress) ด้วยอุปกรณ์, Sensor, การเชื่อมต่อไร้สาย และบริการซอฟต์แวร์ที่พัฒนาอย่างต่อเนื่อง เกษตรแม่นยำ (precision agriculture) กำลังเติบโตขึ้นในกลุ่มเกษตรกรและคนทำสวน ด้วยความสามารถในการรักษาทุกสภาวะแวดล้อมที่จำเป็นของพืชให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมที่สุด ผลสำรวจจาก BI Intelligence คาดการณ์ว่าการใช้งานอุปกรณ์ IoT จะเติบโตขึ้น 20% ต่อปี ซึ่งจะทำให้ขนาดตลาดเกษตรอัจฉริยะทั่วโลกเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่าภายในปี 2025 โดยแตะระดับ 1.53 หมื่นล้านดอลลาร์ นี่คือแนวทางแก้ไขปัญหาเร่งด่วนสำหรับการขาดแคลนอาหารและทรัพยากรที่เพิ่มขึ้น และช่วยแบ่งเบาภาระงานหนักจากหลังของเกษตรกรที่มีอายุมากขึ้น โดยการรับประกันความมั่นคงและความสะดวกสบาย

อุปกรณ์ Smart farming หลายอย่างมีราคาแพงมหาศาลอย่างไม่น่าแปลกใจสำหรับเทคโนโลยีล้ำสมัยเช่นนี้ อย่างไรก็ตาม ยังมีวิธีที่ง่ายและคุ้มค่าอีกมากมายที่จะนำการทำฟาร์ม/ทำสวนแบบ IoT มาไว้ในห้องนั่งเล่นของคุณเอง ด้วยบทเรียนที่ทำตามได้ง่ายนี้ คุณเองก็ทำได้เช่นกัน :)

มาเริ่มกันเลย!!

(หมายเหตุ: ในโปรเจกต์นี้ ฉันได้ร่วมมือกับ San-arae farm (ในเมือง Goseung ประเทศเกาหลี) ซึ่งเป็น ฟาร์มเห็ดหอม (shiitake mushroom)

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม เยี่ยมชมได้ที่: https://hchoi226.wixsite.com/my-site!!)

ตัวเลขเฉพาะทั้งหมดที่เกี่ยวกับแสง อุณหภูมิ ความชื้น และอื่นๆ ถูกปรับแต่งมาเพื่อสภาวะการเพาะเห็ดที่เหมาะสมที่สุด โปรดปรับเปลี่ยนตามความจำเป็น!! :) )

บริบท

Smart farming มีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับการทำฟาร์มเห็ด เพราะเห็ดมีข้อกำหนดที่เฉพาะเจาะจงมากๆ ในการเจริญเติบโต

อุณหภูมิ:

เห็ดหอมมีสภาพแวดล้อมการเติบโตที่เหมาะสมอยู่ที่ประมาณ 20~25 องศาเซลเซียส เห็ดส่วนใหญ่เติบโตได้ดีในอุณหภูมิประมาณ 70 องศาฟาเรนไฮต์

(ข้อมูลจาก Penn State University)

ความชื้น:

เนื่องจากเห็ดไม่มีผิวหนัง พวกมันจึงสูญเสียความชื้นได้ง่ายมาก ดังนั้นเห็ดจึงต้องการสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ที่เห็ดจะ "จมน้ำ" ได้เช่นกัน เนื่องจากพวกมันหายใจและแลกเปลี่ยนก๊าซกับอากาศ เมื่อปลูกเห็ดในที่ร่ม ดินต้องมีความชื้นแต่ไม่แฉะ

(ข้อมูลจาก Penn State University)

แสง:

(https://www.rs-online.com/designspark/led-wavelength-vs-led-colour)

เห็ดไม่มีคลอโรฟิลล์และไม่ต้องการแสงในการอยู่รอด แม้ว่าสภาพแวดล้อมจะต้องมืดเพื่อให้เห็ดเกิดสปอร์ แต่พวกมันต้องการแสงในภายหลัง (1 ชั่วโมงขึ้นไปต่อวัน) เพื่อสร้าง ดอกเห็ด (fruit bodies) เห็ดป่าอยู่รอดในพื้นที่ร่มเงาของป่าที่แสงถูกกรองก่อนจะส่องถึงตัวเห็ด เห็ดที่ปลูกในที่ร่มสามารถได้รับแสงตามข้อกำหนดนี้ได้จากแสงแดดทางอ้อมหรือโคมไฟ

อย่างไรก็ตาม เห็ดสามารถมีวิตามินดีเพิ่มขึ้นได้เมื่อได้รับ แสง UV (โดยเฉพาะช่วง 320 ~ 400 nm) ผลการศึกษาล่าสุดพบว่าเห็ดหอมที่ตากแห้งกลางแจ้ง (ด้วยแสงแดดธรรมชาติ) เป็นเวลา 6 ชั่วโมงต่อเนื่องกันสองวัน มีวิตามินดีมากกว่าเห็ดที่ไม่ได้รับแสงแบบเดียวกัน โดยปริมาณวิตามินดีในเห็ดพุ่งสูงขึ้นจาก 100 IU ต่อ 3.5 ออนซ์ เป็นเกือบ 46,000 IU!! เห็ดเหล่านี้เมื่อนำมาทดสอบในอีกหนึ่งปีต่อมา พบว่ายังคงรักษาวิตามินในปริมาณที่สูงมากไว้ได้

เห็ดที่ปลูกในที่ร่มไม่ได้รับแสง UV ตามธรรมชาติ ดังนั้นแสง UV/หลอด LED ที่มีความยาวคลื่นเดียวกันจะช่วยได้มาก!

บางคนอาจกังวลว่าวิตามินดีที่มากเกินไปในเห็ดอาจนำไปสู่มะเร็งผิวหนัง แต่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับวิตามินดีเกินขนาดจากการรับประทานเห็ดเพียงอย่างเดียว Dr. Michael Holick นักต่อมไร้ท่อผู้เชี่ยวชาญด้านวิตามินดีที่ Boston University กล่าวว่า: "มันปลอดภัยอย่างสมบูรณ์"

(ข้อมูลจาก Penn State University & Boston University)

ทีนี้เรามาดูวิธีการนำข้อมูลเหล่านี้ไปปรับใช้กับซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ของเรากันเถอะ…..!!

การจัดการความร้อน / เครื่องปรับอากาศ

โปรเจกต์นี้ใช้วงจรควบคุมอุณหภูมิอัตโนมัติเพื่อ 1. อ่านค่าอุณหภูมิอากาศในห้องด้วย Temperature Sensor (DHT11) 2. ใช้ Infrared transmitter (เหมือนรีโมทแอร์) เพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิของแอร์โดยอัตโนมัติตามอุณหภูมิห้อง เครื่องปรับอากาศจะตอบสนองต่อคำสั่งสัญญาณ Infrared เพื่อปรับอุณหภูมิ (นี่คือทฤษฎีเดียวกันกับรีโมทแอร์นั่นเอง!!) การเปลี่ยนอุณหภูมิที่ตั้งไว้เป็นระยะๆ จะช่วยให้แอร์ทำงานที่อุณหภูมิต่ำได้เป็นเวลานานและประหยัดไฟฟ้าได้

ชิ้นส่วนเล็กๆ ตรงนี้คือ IR transmitter!

เพื่อนของเราตรงนี้คือ Graphic OLED Display ซึ่งจะแสดงอุณหภูมิปัจจุบัน ความชื้น และอุณหภูมิของแอร์ในรูปแบบ:

“

Temperature: ___oC

Humidity:___%

AC Temp: ___oC

“

Code ในภาพสกรีนช็อตนี้แสดงอาร์เรย์ของคำสั่งสัญญาณ Infrared ที่จำเป็นสำหรับการเปิด/ปิดแอร์ และสำหรับแต่ละอุณหภูมิ (เป็นองศาเซลเซียส) unsigned int Temp23[] แทนค่า 23 องศาเซลเซียส, unsigned int Temp24[] แทนค่า 24 องศาเซลเซียส และต่อไปเรื่อยๆ…

คำสั่งสัญญาณ Infrared จะแตกต่างกันไปตามเครื่องปรับอากาศหรือรีโมทแต่ละรุ่น ดังนั้นอย่าลืมปรับปรุง (ADJUST) ตัวเลขให้เหมาะสมกับรีโมทเฉพาะของคุณด้วย!!!!

Code นี้แสดงอุณหภูมิที่ต้องการของห้อง: อย่างที่คุณอาจเดาได้… 23 องศาเซลเซียส คุณควรเปลี่ยนอุณหภูมิที่ต้องการให้เหมาะสมกับความต้องการของคุณเช่นกัน!

การควบคุมแสง

ในส่วนนี้ LED จะถูกควบคุมโดย Arduino MKR1000 และ Library "LightController" ซึ่ง Library นี้เป็นตัวกำหนดเวลาแสงสว่างที่ช่วยรองรับช่วงเวลาพื้นฐานของวัน เช่น แสงจันทร์, พระอาทิตย์ขึ้น/พระอาทิตย์ตก เป็นต้น ซอฟต์แวร์จะใช้ Module Real Time Clock (RTC DS3231, AT24C32) เพื่อตรวจสอบเวลาใน Loop อย่างต่อเนื่อง เมื่อเวลาจริงตรงกับเวลาที่ต้องการ (ที่กำหนดไว้ใน Code) มันจะสั่งงาน Pin PWM เพื่อปรับค่า Analog ความเข้มของ LED จะเปลี่ยนไปตามนั้น ในโปรเจกต์นี้ แสงจะค่อยๆ เปิดตั้งแต่ 8:00 น. ถึง 8:30 น. และคงความเข้มแสงสูงจนถึง 9:00 น. จากนั้นจะค่อยๆ ปิดตั้งแต่ 9:00 น. ถึง 9:30 น.

หากคุณต้องการเพียงแค่เปิดและปิด LED ด้วยตนเอง คุณไม่จำเป็นต้องใช้ Code นี้ เพราะ Code นี้ออกแบบมาเพื่อเปลี่ยนกระบวนการให้เป็นอัตโนมัติเพื่อให้ตรงกับนาฬิกาโดยเฉพาะ!

การประกอบวงจร.. การกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ (Hardware Configuration)

เคล็ดลับ: ลองเพิ่มเห็ดเข้าไปในอาหารประจำวันของคุณดูสิ!!!!

นอกจากวิตามินดีและกลิ่นหอมแล้ว เห็ดคือแหล่งรวมสารอาหารที่สำคัญมากมาย ทั้งวิตามินบี, กากใย, คาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน และแร่ธาตุที่สำคัญ เช่น ซีลีเนียม, ทองแดง และโพแทสเซียม (ข้อมูลจาก Cooking Light) ด้วยแคลอรี่และโซเดียมที่ต่ำ อีกทั้งยังปราศจากไขมัน, คลอเลสเตอรอล และกลูเตน พวกมันจึงเป็นอาหารที่สมบูรณ์แบบสำหรับการคุมอาหาร :)