ควันจากหัวแร้งบัดกรีเนี่ย อันตรายต่อสุขภาพเรามากๆ นะเว้ย! ตัวตะกั่วบัดกรีราคาถูกทั่วไปส่วนใหญ่มี "ตะกั่ว" (Lead) อยู่ ซึ่งเป็นโลหะอันตรายที่ทำลายสุขภาพขั้นร้ายแรง แถมยังอาจก่อมะเร็งได้อีก ส่วนผสมทั่วไปคือตะกั่ว 60% ดีบุก 40% เลยบอกได้เต็มปากว่า "พิษสงคราม" ต่อร่างกายเราแน่นอน

จะว่าไป แม้แต่ตะกั่วบัดกรีแบบไร้ตะกั่ว (Lead-free) ก็ยังอันตรายอยู่นะ! เพราะในแกนกลางมันมีเรซิน (Resin) ซึ่งก็เป็นสารพิษเหมือนกัน สรุปคือบัดกรีทุกชนิด "มีดีกรีความเป็นพิษ" มากน้อยต่างกันไป

เพราะฉะนั้น คนที่ต้องใช้หัวแร้งบัดกรีเป็นเวลานานๆ (อย่างพี่นี่แหละ) กำลังเสี่ยงอยู่ โอกาสรอดมีน้อย! พี่เลยไปหาวิธีแก้ในเน็ต เจอเครื่องดูดควันบัดกรี (Fume Extractor) หลายแบบ แต่ดูแล้วมัน... ธรรมดาเกิน! พี่เลยตัดสินใจสร้างของตัวเองขึ้นมา เป็นเครื่องดูดควันบัดกรีอัจฉริยะระดับนึง มันสามารถตรวจจับควันที่พุ่งจากหัวแร้ง แล้วสั่งให้พัดลมทำงานเพื่อดูดควันออกไปได้อัตโนมัติ!

ระบบนี้ใช้ เซ็นเซอร์ตรวจจับอนุภาคในอากาศ (Air Particle sensor) เพื่อตรวจจับควัน จากนั้นก็สั่งให้พัดลม PC ขนาด 90mm ทำงานดูดควันออกจากอากาศ จัดไปวัยรุ่น!

ฮาร์ดแวร์

สมองของระบบนี้คือ Arduino NANO ครับ มันจะรับค่าจากเซ็นเซอร์ แล้วสั่งงานพัดลมให้ดูดควันพิษออกไป

สำหรับโปรเจคนี้ พี่ใช้เซ็นเซอร์ Sharp gp2y1014au0f ในการตรวจจับควันจากหัวแร้ง มันเป็นเซ็นเซอร์วัดอนุภาคที่ใช้ LED แสงอินฟราเรด เมื่อมีอนุภาคในอากาศลอดเข้าไปในเซ็นเซอร์ แสงจะสะท้อน (กระเด้ง) ไปยังโฟโตดีเทคเตอร์ เทคนิคนี้เรียกว่า การกระเจิงของแสงด้วยเลเซอร์ (laser scattering) ความเข้มของแสงที่กระเจิงออกมานั้นขึ้นอยู่กับปริมาณอนุภาคฝุ่น ยิ่งมีฝุ่นมาก แสงก็ยิ่งกระเจิงมาก การเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงบนโฟโตดีเทคเตอร์นี้จะทำให้แรงดันเอาต์พุตของเซ็นเซอร์เปลี่ยนไป

รายละเอียดเทคนิคเพิ่มเติม: เคมีเทเลเมทรี (เซ็นเซอร์ MQ-135)

อีกเซ็นเซอร์นึงที่ใช้แทนกันได้คือ MQ-135 Air Quality Sensor ข้างในมันมีองค์ประกอบความร้อนเล็กๆ อยู่ในโครงตาข่ายโลหะ

1. เมื่อ Arduino จ่ายไฟให้ตัวความร้อน สารเคมีภายในจะทำปฏิกิริยากับสารปนเปื้อนในอากาศ (เช่น ควัน, CO2, แอลกอฮอล์, NH3) ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์
2. ความต้านทานทางกายภาพของเซ็นเซอร์ภายในจะลดลงทันทีเมื่อไอระเหยของฟลักซ์บัดกรีพุ่งชนมัน!
3. กับดักการวอร์มอัพ: ตัวให้ความร้อนทางเคมีต้องทำงานประมาณ 2-3 นาทีเพื่อให้ค่าสังเกตการณ์คงที่ ถ้าน้องเขียนโค้ดให้ Arduino อ่านค่าทันทีที่เปิดเครื่อง มันจะอ่านค่าผิดพลาดว่ามีพิษเต็มที่ และสั่งพัดลมทำงานทันทีแบบมั่วๆ!

   void setup() {
     lcd.print("Heating Sensor...");
     delay(120000); // หน่วงเวลาให้วอร์มเซ็นเซอร์ 2 นาที!
   }
   

นอกจากนี้พี่ยังใช้พัดลมขนาด 90mm90mm25mm เป็นตัวดูดควัน โดยควบคุมการเปิด-ปิดผ่านรีเลย์ 5V ซึ่ง Arduino เป็นคนสั่งงานอีกที

รายละเอียดเทคนิคเพิ่มเติม: การส่งสัญญาณผ่านรีเลย์ (ทรานซิสเตอร์ NPN vs ออปโต-รีเลย์)

เมื่อค่าจากเซ็นเซอร์กระโดดจากระดับปกติไปสู่ระดับที่เป็นพิษ Arduino ต้องสั่งให้พัดลมทำงาน

• น้องห้ามต่อพัดลม PC 12V ความเร็วสูงตรงๆ เข้ากับ Arduino เป็นอันขาด!
• การสวิตชิ่งไฟ: น้องต้องใช้ โมดูลรีเลย์แบบออปโต-ไอโซเลชัน 5V หรือใช้ทรานซิสเตอร์กำลังเช่น TIP120 Darlington!
• Arduino จะส่งคำสั่ง digitalWrite(FanPin, HIGH) ทรานซิสเตอร์หรือเกตของรีเลย์จะเปิด ทำให้ไฟ 12V จากแหล่งจ่ายไฟภายนอก (เช่น อแดปเตอร์แล็ปท็อปเก่า) ไหลเข้าสู่ขดลวดของพัดลมโดยตรง
• ผลคือลมมหาศาลจะพัดผ่านโต๊ะทำงาน ดูดควันออกจากหน้าของน้องและผ่านตัวกรองคาร์บอนกัมมันต์! สู้งานนะน้อง ห้ามช็อตนะตัวนี้!

การเขียนโค้ด

จากข้อมูลใน datasheet ของเซ็นเซอร์ตัวนี้ เริ่มแรกเราต้องเปิด IR LED แล้วรอประมาณ 280µs ก่อนจะอ่านค่า หลังจากนั้นค่อยอ่านค่าแรงดันจากขา analog การอ่านค่านี้ใช้เวลาประมาณ 50µs เลยต้องรออีก 50µs แล้วค่อยปิด IR LED ไป และ IR LED ควรจะถูกเปิด-ปิดเป็นพัลส์ทุกๆ 10ms ดังนั้นเราต้องรอเวลาที่เหลืออีก (10000-280-50)µs = 9670µs

 digitalWrite(led,LOW);       
 delayMicroseconds(280);      
 SensorOut = analogRead(SensorPin);  
 delayMicroseconds(50);           
 digitalWrite(led,HIGH);              
 delayMicroseconds(9670);   

จากนั้นใช้การคำนวณง่ายๆ เราก็จะได้ค่าความหนาแน่นของฝุ่นออกมา

 SensorVo = SensorOut*(5.0/1024);
 Dust = (SensorVo-Voltage_noDust)*100/K;

หลังจากนั้นพี่ก็ตั้งค่า threshold สำหรับฝุ่นไว้ ถ้าค่าที่วัดได้เกิน threshold ตัวรีเลย์จะเปิดเป็นเวลา 5 วินาที

if (Dust > 100){
digitalWrite (relay, HIGH);
delay(5000);
}
else {
digitalWrite (relay, LOW);
}

อุปกรณ์ชิ้นสำคัญ (Maker's Health Kit)

• Arduino Uno/Nano (สถาปัตยกรรมมาตรฐาน)
• เซ็นเซอร์ฝุ่น Sharp GP2Y1014AU0F หรือ เซ็นเซอร์แก๊ส/ควัน MQ-135/MQ-2 (สำหรับเซ็นเซอร์ตระกูล MQ ต้องจ่ายไฟให้ฮีตเตอร์ถูกต้องนะ ไม่งั้นค่าที่อ่านได้จะมั่วสุดๆ)
• โมดูลรีเลย์แบบแยกแสง 5V หรือชุดทรานซิสเตอร์ TIP120
• พัดลม DC 12V ความเร็วรอบสูง ขนาด 90mm ขึ้นไป (เอาจากเคสคอมพ์เก่าได้เลย)
• แผ่นโฟมกรองคาร์บอน ติดกาวร้อนตรงบริเวณด้านดูดอากาศของพัดลม

วิดีโอ