โปรเจกต์ Sleepy Snail-Mail Concierge

หลายปีที่ผ่านมา ผมอยากทำระบบแจ้งเตือนกล่องจดหมาย เพื่อจะได้ไม่ต้องเดินออกไปดูตอนสภาพอากาศแย่ๆ เพียงเพื่อจะพบว่ากล่องว่างเปล่า! เมื่อมีเรือบนรถพ่วงที่หลุดออกมาชนกล่องจดหมายเดิมพัง ผมเลยคิดว่าถึงเวลาที่เหมาะสมแล้ว เหตุผลที่กล่องจดหมายของผม "sleepy" หรือ "ขี้เซา" เพราะมันใช้เวลาเกือบทั้งหมดอยู่ในโหมด power-down sleep mode ผมใช้โหมดประหยัดพลังงานต่ำสุดที่มีอยู่เพื่อให้ใช้งานแบตเตอรี่ได้นานที่สุด เมื่อไม่มีจดหมาย กล่องจดหมายจะอยู่ใน sleep mode ตลอด 100% ของเวลา และต้องการสัญญาณอินพุตจาก interrupt เพื่อปลุกให้ตื่นขึ้น เมื่อมีจดหมายในกล่อง มันจะตื่นขึ้นมาเพียงชั่วครู่เพื่อกะพริบ status LEDs เป็นเวลา 0.1 วินาที ตรวจสอบว่าประตูเปิดอยู่หรือไม่ และเช็กแรงดันแบตเตอรี่ จากนั้นมันจะกลับเข้าสู่ sleep mode ต่อไปอีก 2 วินาที ส่งผลให้อยู่ใน sleep mode ถึง 94% ของเวลาเมื่อมีจดหมายอยู่ โดยรวมแล้ว เวลาที่ใช้ในโหมด power down sleep mode น่าจะอยู่ที่ประมาณ 98~99%!

หมายเหตุ: เป็นคุณสมบัติเพิ่มเติม หากแรงดันแบตเตอรี่ลดลงต่ำกว่า 6.2 volts ตัว Status จะกะพริบเร็วๆ 3 ครั้งเพื่อแจ้งเตือนว่ามีจดหมาย แทนที่จะกะพริบครั้งเดียว เพื่อบ่งบอกว่าควรชาร์จแบตเตอรี่ได้แล้ว

ระบบนี้ใช้ photo-transistor ในการตรวจจับสถานะการเปิดประตูทางด้านถนน สำหรับเวลาที่บุรุษไปรษณีย์นำจดหมายมาส่ง ส่วนชุดของ LEDs ที่แกะมาจากไฟ LED ราคาถูก และ photo-resistor ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจจับการมีอยู่ของจดหมาย มี status LEDs สีแดง 2 ดวงติดตั้งอยู่ที่ด้านหลังของกล่องจดหมายเพื่อแสดงว่ามีจดหมาย และยังใช้ในการกะพริบแสดงผลในโหมดทดสอบ (test modes) ทั้ง 3 รูปแบบที่มีมาให้ โหมดหนึ่งช่วยให้ตรวจสอบแรงดันแบตเตอรี่ได้ และอีก 2 โหมดใช้มอนิเตอร์ค่าจาก photo transistor สำหรับการปรับจูน (calibration) และการทดสอบ

ตัว Illuminator LEDs ใช้พลังงานจาก DC-DC converter ขนาดเล็กที่ปรับแรงดันได้ โดยตั้งค่าความสว่างให้เหมาะสมสำหรับการตรวจจับจดหมาย แสงเอาต์พุตจาก LEDs ถูกตั้งใจทำให้ค่อนข้างต่ำ เพราะที่กำลังไฟเต็มที่มันจะสว่างมากเกินความจำเป็น การปรับเอาต์พุตนี้ทำได้เพียงแค่ปรับแรงดันเอาต์พุตของ DC-DC converter ตัว converter เฉพาะทางที่ผมเลือกนั้นเป็นเพราะมันควบคุมด้วย IC LM2596 adjustable buck regulator ซึ่ง Pin 5 ของ IC นี้คือ pin ควบคุม โดยการต่อลง ground จะเป็นการเปิด converter และการดึง pin นี้ให้สูง (pulling high) จะเป็นการปิด ผมเพียงแค่บัดกรีขาควบคุม (pin 5) ของ IC บน DC-DC converter ออก แล้วงอขึ้นไม่ให้สัมผัสกับแผ่นวงจร (pad) และต่อสายเข้าโดยตรงกับขาเอาต์พุตของ Arduino Nano ที่ digital pin 2

ในส่วนของ software มีการใช้งาน Power Down Sleep Mode อย่างหนักเพื่อประหยัดพลังงานแบตเตอรี่ หากไม่มีจดหมาย Arduino จะเข้าสู่สถานะ power down โดยไม่มีการกำหนดเวลา timeout และต้องการอินพุตผ่าน interrupt จาก photo-transistor ที่เซนเซอร์ประตูเพื่อปลุกให้ตื่น การตรวจสอบการมีอยู่ของจดหมายมีขั้นตอนดังนี้: เมื่อประตูด้านถนนปิดลง การทดสอบจะเริ่มขึ้น โดยเปิดไฟ LED illumination ภายในกล่องจดหมาย จากนั้นจะตรวจสอบ photo-resistor เพื่อดูว่าแสงเพิ่มขึ้นจากค่าเดิมของกล่องที่ว่างเปล่าหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น แสดงว่าตรวจพบจดหมาย และ status LED จะกะพริบหนึ่งครั้ง จากนั้นจะเข้าสู่ Power Down Sleep Mode โดยมี timeout 2 วินาที แล้วจึงวนซ้ำใน Loop เพื่อกะพริบ LED ทุกๆ 2 วินาที หากประตูด้านหลังถูกเปิดในขณะที่มีจดหมายอยู่ photo-resistor จะสัมผัสได้ถึงแสงที่เพิ่มขึ้น และจะเริ่มขั้นตอนตรวจสอบจดหมายอีกครั้งหลังจากประตูปิดลง เพื่อให้แน่ใจว่าจดหมายถูกนำออกจากกล่องแล้ว คุณสมบัติเพิ่มเติมคือ หากแรงดันแบตเตอรี่ต่ำกว่า 6.2 volts ตัวแสดงสถานะ status จะกะพริบเร็วๆ 3 ครั้งแทนที่จะเป็นครั้งเดียว เพื่อแจ้งว่ามีจดหมายและเตือนผู้ใช้ว่าแบตเตอรี่ต้องชาร์จแล้ว

โหมดทดสอบเริ่มได้โดยการใส่กระดาษหรือสิ่งของลงในกล่องจดหมายแล้วปิดประตู เพื่อให้อยู่ในสถานะ "มีจดหมาย" (mail-present) จากนั้นเปิดประตูอีกครั้งและบังตัว photo-resistor ไว้ประมาณ 10 วินาที (ในขณะที่ต้องไม่บังตัว photo transistor) เพื่อให้เครื่องเข้าสู่โหมดทดสอบ โหมดทดสอบแรกจะกะพริบแจ้งแรงดันแบตเตอรี่ผ่าน LEDs อีก 2 โหมดจะมอนิเตอร์ค่าของ photo-resistor โดยโหมดหนึ่งจะปิดไฟ LED illumination และอีกโหมดหนึ่งจะเปิดไฟ ทุกโหมดทดสอบจะมี timeout หลังจากผ่านไป 1 นาที และตัวเครื่องจะกลับสู่โหมดการทำงานปกติ

ชุดไฟ LED illumination นำมาจากไฟ LED flip light ทั่วไปที่หาซื้อได้หลายแห่ง ผมถอดแยกชิ้นส่วนและเก็บส่วน LEDs ไว้โดยให้มันติดอยู่กับชุดแผ่นสะท้อนแสง (reflector assembly) ซึ่งกลายเป็นที่ยึด circuit board และตัวส่องสว่าง LED ตัว photo-transistor ติดตั้งอยู่ที่ขอบด้านหน้าของแผ่นสะท้อนแสง โดยหันออกไปทางด้านนอกของกล่องจดหมาย ส่วน photo-resistor ติดตั้งอยู่ตรงกลางของ circuit board ซึ่งจากนั้นจะถูกยึดเข้ากับโครงของแผ่นสะท้อนแสง เพื่อให้ photo-resistor ส่องลงด้านล่างผ่านรูตรงกลางของแผ่นสะท้อนแสง

แบตเตอรี่และการเดินสายไฟทั้งหมดติดตั้งอยู่ในช่องว่างระหว่างด้านบนของภายในและภายนอกกล่องจดหมาย มีการตัดช่องเข้าขนาด 3 นิ้ว x 3 นิ้ว ไว้ใกล้กับประตูด้านหลังของกล่องจดหมายจากด้านใน เพื่อใช้สำหรับการบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนแบตเตอรี่ ในอนาคตจะมีการติดตั้งระบบชาร์จด้วยโซลาร์เซลล์เพิ่มเติม