กลไกสุขอนามัย: เครื่องจ่ายสบู่ล้างมืออัตโนมัติ

บทนำ

ในยุคที่โรคระบาดยังคงอยู่รอบตัวเรา ความปลอดภัยด้านสุขอนามัยในห้องน้ำก็เลยกลายเป็นเรื่องที่ทุกคนต้องใส่ใจมากขึ้น โดยเฉพาะการล้างมือที่ถูกวิธี ซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีป้องกันโควิด-19 ที่สำคัญเลยทีเดียว เพราะงั้นไอเดียการนำเซนเซอร์และเทคโนโลยีแบบไม่ต้องสัมผัส (contactless) มาใช้ในพื้นที่สาธารณะหรือแม้แต่ในบ้าน ก็เลยมาแรงมาก เทคโนโลยีฉลาดๆ แบบนี้อาจจะเป็นอนาคตของห้องน้ำเลยก็ได้ เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของเชื้อโรคและแบคทีเรียให้ได้มากที่สุด

เจ้า เครื่องจ่ายสบู่ล้างมืออัตโนมัติ นี่แหละที่ฮิตถล่มทลายไปทั่วโลก เพราะความจำเป็นด้านสาธารณสุข มันเป็นจุดเริ่มต้นที่เจ๋งมากสำหรับการเรียนกลศาสตร์ของไหลและการตรวจจับด้วยลำแสงอินฟราเรด (infrared beam-breaking) งานนี้ต้องบาลานซ์ความไวของเซนเซอร์กับจังหวะการทำงานของปั๊มน้ำให้ลงตัวด้วยนะ

เกี่ยวกับอุปกรณ์

เวลาล้างมือ ผู้ใช้ก็แค่เอามือไปวางไว้ใต้หัวจ่ายและตรงหน้าเซนเซอร์ เซนเซอร์ที่ถูกกระตุ้นก็จะส่งสัญญาณไปเปิดปั๊ม เพื่อปล่อยสบู่ออกมาในปริมาณที่ตั้งไว้แล้ว

อุปกรณ์ของพี่ประกอบด้วยสองส่วนหลักๆ คือ แหล่งกำเนิดแสงที่โฟกัสได้ และเซนเซอร์ตรวจจับแสง เมื่อผู้ใช้เอามือมาบังลำแสง การขัดขวางนั้นจะถูกเซนเซอร์ตรวจจับและส่งสัญญาณไปเปิดกลไกปั๊มทำงาน

รายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติม

ปัญหา "หลอน" (False Positive)

เซนเซอร์ IR Obstacle Sensor (TCRT5000) ตัวนี้มันจะยิงเลเซอร์ที่มองไม่เห็นไปที่มือคุณ แล้วรอรับการสะท้อนกลับมา

ถ้าไอน้ำในห้องน้ำมาปกคลุมเซนเซอร์ หรือแสงแดดส่องกระทบพอดี มันอาจจะ "หลอน" เปิดปั๊มเอง แล้วปล่อยสบู่ 12 ออนซ์ท่วมอ่างล้างหน้าคุณตอนกลางคืนไปซะงั้น!
การดีบาวซ์ด้วยซอฟต์แวร์ (Software Debounce): ต้องเขียนโปรแกรมตรวจสอบให้แน่นหนา

if (analogRead(sensorPin) < triggerValue) {
  delay(100); // รอสัก 1/10 วินาที
  if (analogRead(sensorPin) < triggerValue) { // ยังอยู่จริงๆ ใช่ไหม?
    pumpSoap();
  }
}

การตรวจสอบสองชั้นแบบนี้จะทำให้มั่นใจได้ว่า มีแค่การวางมือที่ตั้งใจและมั่นคงจริงๆ เท่านั้นที่จะกระตุ้นปั๊ม

การควบคุมของเหลวหนืด

น้ำไหลง่าย แต่สบู่เหลวเนี่ยหนืดกว่าเยอะ ต้องการแรงบิด (torque) ที่มากกว่า

มอเตอร์ DC 3V ทั่วไปที่เอาไปจุ่มในสบู่จะติดขัดง่าย ต้องใช้ ปั๊มแบบเพอริสตัลติก (Peristaltic Pump) 5V โดยเฉพาะ หรือไม่ก็ปั๊มไดอะแฟรมแบบแรงบิดสูง
ควบคุมปั๊มด้วย ทรานซิสเตอร์ N-Channel TIP120 หรือ MOSFET แบบ Logic Level
โค้ด Arduino: digitalWrite(PumpPin, HIGH); delay(800); digitalWrite(PumpPin, LOW);
ปรับค่า 800 มิลลิวินาทีนี่แหละให้พอดี จะได้จ่ายสบู่ออกมาเท่า เหรียญสิบ พอดีเป๊ะ! หลังจากนั้นก็ให้มันพักยาวด้วย delay(3000) จะได้ไม่ทำงานซ้ำถ้าน้องชักมือออกไม่ทัน

สิ่งที่ต้องมีสำหรับสร้างในห้องน้ำ

Arduino Nano (บอร์ดเล็กสุดที่หาได้)
เซนเซอร์วัดระยะอินฟราเรด TCRT5000 (หรือจะใช้ HC-SR04 อัลตราโซนิกก็ได้)
ปั๊มของเหลวเล็ก 5V หรือ 12V (แบบไดอะแฟรม)
วงจรขับด้วย MOSFET / ทรานซิสเตอร์
ท่อซิลิโคนและโครงพลาสติกกันน้ำ (สบู่กัดกร่อนอิเล็กทรอนิกส์เร็วมาก ระวังด้วย!)

ข้อดีของเจ้านี่

มันเป็นระบบจ่ายสบู่แบบไม่ต้องสัมผัส (Touchless) เลยช่วยลดการปนเปื้อนของเชื้อโรคจากการใช้ซ้ำๆ ได้ดีเลย
การดูแลรักษาเครื่องจ่ายสบู่อัตโนมัติเนี่ยง่ายกว่าตัวแบบกดหลายเท่า ด้วยเหตุผลหลายๆ อย่าง
ในยุคที่สุขภาพและความสะอาดเป็นเรื่องสำคัญแบบนี้ การมีอุปกรณ์แบบนี้ช่วยให้ชีวิตง่ายขึ้นเยอะ
เครื่องจะจ่ายสบู่ในปริมาณที่ตั้งไว้ต่อการตรวจจับหนึ่งครั้ง เราสามารถตั้งค่าปริมาณที่เหมาะสมได้เลย ช่วยลดการสิ้นเปลืองสบู่ได้ดีมาก