ควบคุมบ้านอัตโนมัติผ่าน Bluetooth ด้วย ESP32 (BLE)

สวัสดีน้องๆ ทุกคน ยินดีต้อนรับสู่ช่อง "Electrify Circuit" ครับ วันนี้เราจะมาทำโปรเจค "ควบคุมบ้านอัตโนมัติผ่าน Bluetooth ด้วย ESP32 (BLE)" กัน ควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าด้วยแอพในมือถือ Android งานนี้จัดไปวัยรุ่น ใช้ได้จริงโดยเฉพาะสำหรับผู้สูงอายุหรือผู้ที่มีความต้องการพิเศษเลย

ช่วงหลายปีมานี้ โลกไร้สายมันค่อนข้างบูมมาก มีเทคโนโลยี RF รุ่นใหม่ๆ ออกมาเพียบเลย ซึ่งมันส่งผลกระทบ (หรือจะเรียกว่าปฏิวัติเลยก็ได้) ต่อวิธีที่เราซื้อของและทำธุรกิจกันเลยทีเดียว

เทคโนโลยีไร้สายที่ชื่อว่า Bluetooth นี่แหละ กลายเป็นตัวเลือกหลักแทนสายไฟสำหรับการสื่อสารระยะสั้นไปซะแล้ว ด้วยอุปกรณ์อย่างสมาร์ทโฟนหรือแท็บเล็ตที่มี Bluetooth ในตัว การเชื่อมต่อไร้สายนี่คือวิธีที่ง่ายสุดในการส่ง-รับข้อมูล และเพราะเทคโนโลยีนี้มันฮิตมากในวงการโปรเจค DIY เลยมักถูกนำมาใช้ควบคุมสิ่งต่างๆ แบบไร้สายนั่นเอง

โปรเจคนี้จะอธิบายวิธีควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าด้วยอุปกรณ์ Android การกดสวิตช์ผนังแบบเดิมๆ อาจเป็นเรื่องยากสำหรับผู้สูงอายุหรือผู้ที่มีข้อจำกัดทางร่างกาย งานนี้เลยเป็นทางออก โดยการรวมการควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหมดไว้ในระบบเดียวที่สั่งงานผ่านแอพในมือถือหรือแท็บเล็ต Android ได้เลย ระบบที่เราจะทำจะควบคุมโหลดไฟฟ้าตามคำสั่งที่ส่งมาจากอุปกรณ์ Android น้องๆ ต้องติดตั้งแอพพลิเคชันลงในมือถือหรือแท็บเล็ตเพื่อใช้ส่งคำสั่งไปยังโมดูล Bluetooth ในการควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้า เทคโนโลยีไร้สายที่ใช้ในโปรเจคนี้คือ Bluetooth นี่แหละ หรือจะเรียกอีกชื่อว่า "ระบบบ้านอัตโนมัติบน Android" หรือ "ระบบควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าด้วยรหัสผ่านระยะไกล" ก็ได้ สู้งานนะน้อง!

มุมมองของโปรเจค

ควบคุมบ้านอัตโนมัติผ่าน Bluetooth ด้วย ESP32 เป็นเลย์เอาต์พื้นฐานที่ทั้งสนุกและเข้าใจง่ายสำหรับใครก็ตามที่อยากเรียนรู้เกี่ยวกับการโต้ตอบระหว่างอุปกรณ์ดิจิทัลและฟิสิคัลเบื้องต้น ด้วยการใช้สมาร์ทโฟนและฟีดแบ็คจาก Bluetooth น้องๆ จะได้เรียนรู้พื้นฐานของระบบบ้านอัตโนมัติและการควบคุมระยะไกล

การนำไปใช้ทางเทคนิค

ระบบนี้ใช้ ESP32 Development Board ในการรับคำสั่งจากสมาร์ทโฟนผ่าน Bluetooth จากนั้น ESP32 จะส่งสัญญาณไปยัง โมดูลรีเลย์ (Relay Module) เพื่อเปิดหรือปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ตามคำสั่งที่ได้รับ

โครงสร้างพื้นฐานของฮาร์ดแวร์

• ESP32 Development Board: ไมโครคอนโทรลเลอร์ Dual-Core สุดทรงพลังที่มี Bluetooth และ WiFi ในตัว
• โมดูลรีเลย์ (Relay Module): ทำหน้าที่เป็นตัวกลางแยกส่วนและควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้แรงดัน/กระแสสูงด้วยสัญญาณแรงดันต่ำจาก ESP32
• สาย Micro-USB: ใช้เชื่อมต่อ ESP32 กับคอมพิวเตอร์เพื่อจ่ายไฟและอัพโหลดโค้ด
• สายจัมเปอร์ (Jumper Wires): ใช้ต่อวงจรเชื่อมโยงทุกชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน

ชิ้นส่วนหลักๆ (Mager Components)

Esp 32 (BLE):- ESP32 นี่มันฟีเจอร์เพียบ จัดหนักกว่าตัวรุ่นพี่ ESP8266 เยอะ เลยขอสรุปสเปคสำคัญๆ มาให้ดู แต่ถ้าอยากรู้ละเอียดทุกข้อ ไปดู Datasheet กันเองนะตัวนี้ ห้ามช็อตนะ!

สเปคเด็ดๆ:-

• ใช้ Single หรือ Dual-Core 32-bit LX6 Microprocessor ความถี่สัญญาณนาฬิกาสูงสุด 240 MHz
• มีหน่วยความจำ SRAM 520 KB, ROM 448 KB และ RTC SRAM 16 KB
• รองรับการเชื่อมต่อ Wi-Fi 802.11 b/g/n ความเร็วสูงสุด 150 Mbps
• รองรับทั้ง Classic Bluetooth v4.2 และ BLE
• มี GPIO ให้โปรแกรมได้ถึง 34 ขา
• มีช่อง ADC แบบ 12-bit SAR ถึง 18 ช่อง และ DAC แบบ 8-bit 2 ช่อง
• การเชื่อมต่อแบบอนุกรมครบครัน: SPI 4 ช่อง, I2C 2 ช่อง, I2S 2 ช่อง, UART 3 ช่อง
• มี Ethernet MAC สำหรับการสื่อสาร LAN แบบมีสาย (แต่ต้องใช้ PHY ภายนอกเพิ่ม)

มี Host controller สำหรับ SD/SDIO/MMC 1 ตัว และ Slave controller สำหรับ SDIO/SPI อีก 1 ตัว

มี Motor PWM และ LED PWM สูงสุด 16 ช่อง

รองรับ Secure Boot และ Flash Encryption

รีเลย์ (Relay):- รีเลย์คืออุปกรณ์สวิตชิ่งที่ใช้กันบ่อยที่สุดในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ มาดูกันว่าเราจะใช้มันในโปรเจคของเราได้ยังไง ตามความต้องการของงาน

คุณสมบัติของ รีเลย์ 5V 5-Pin

• แรงดันทริกเกอร์ (แรงดันคร่อมขดลวด) : 5V DC
• กระแสทริกเกอร์ (กระแสใช้งานปกติ) : 70mA
• กระแสโหลด AC สูงสุด: 10A @ 250/125V AC
• กระแสโหลด DC สูงสุด: 10A @ 30/28V DC
• การจัดวางขาแบบ 5-Pin กะทัดรัด พร้อมเปลือกพลาสติก
• เวลาทำงาน: 10msec เวลายกเลิก: 5msec
• สวิตช์ได้สูงสุด: 300 ครั้ง/นาที (เชิงกล)

การจัดวางขารีเลย์ขดลวด 1 (Coil 1):- ใช้สำหรับทริกเกอร์ (เปิด/ปิด) รีเลย์ ปกติแล้วปลายด้านหนึ่งจะต่อกับ 5V และอีกด้านต่อกับกราวด์

ขดลวด 2 (Coil 2):- ใช้สำหรับทริกเกอร์ (เปิด/ปิด) รีเลย์ ปกติแล้วปลายด้านหนึ่งจะต่อกับ 5V และอีกด้านต่อกับกราวด์

ขาร่วม (COM):- ขาร่วมจะต่อกับปลายด้านหนึ่งของโหลดที่เราต้องการควบคุม

ขาปกติปิด (NC):- ปลายอีกด้านของโหลดจะต่อกับขา NO หรือ NC ก็ได้ ถ้าต่อกับ NC โหลดจะยังคงต่ออยู่ก่อนถูกทริกเกอร์

ขาปกติเปิด (NO):- ปลายอีกด้านของโหลดจะต่อกับขา NO หรือ NC ก็ได้ ถ้าต่อกับ NO โหลดจะยังคงตัดออกก่อนถูกทริกเกอร์

การสื่อสารและลอจิก

โค้ด ESP32 ใช้ไลบรารี BluetoothSerial

1. เริ่มต้น: ESP32 จะเริ่มต้นบลูทูธและตั้งชื่อตัวเอง (เช่น "ESP32_Automation")
2. ตรวจสอบ: ESP32 จะคอยตรวจสอบพอร์ตซีเรียลบลูทูธอย่างต่อเนื่อง เพื่อดูว่ามีคำสั่งจากสมาร์ทโฟนเข้ามาหรือเปล่า
3. ประมวลผลคำสั่ง: เมื่อได้รับคำสั่ง โค้ดจะสั่งให้รีเลย์ตัวที่ตรงกันทำงาน เพื่อเปิดหรือปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ต่ออยู่

การทำงานของซอฟต์แวร์

โค้ดถูกออกแบบมาให้ตอบสนองต่อคำสั่งทันที ทำให้ระบบควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าของคุณตอบสนองได้ไวมาก งานนี้จัดไปวัยรุ่น!

อุปกรณ์ที่ต้องใช้:-

• Esp 32 (BLE)
• เบรดบอร์ด
• โมดูลรีเลย์ 5V
• สายจัมเปอร์
• โคมไฟหรือขั้วหลอดไฟ
• สายไฟ 1.00 ตร.มม.

วิดีโอสอนประกอบ:

แผนภาพวงจรโมดูลรีเลย์:

ต่อยอดในอนาคต

• เชื่อมต่อ MQTT: ต่อกับ MQTT broker เพื่อทำระบบบ้านอัตโนมัติขั้นเทพผ่าน WiFi ได้อีกเพียบ
• เชื่อมต่อคลาวด์: โยงกับบริการคลาวด์เพื่อสั่งงานอุปกรณ์จากที่ไหนในโลกก็ได้ (จัดไปวัยรุ่น!)
• ตรวจจับการสั่น/เคลื่อนไหว: เพิ่มเซ็นเซอร์สั่นหรือเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวมาเป็นตัวทริกเกอร์เปิดปิดอุปกรณ์
• ควบคุมด้วยเสียง: เอาไปต่อกับ Alexa หรือ Google Assistant ให้สั่งงานผ่านเสียงได้เลย สะดวกเวอร์

โปรเจค "ควบคุมบ้านอัตโนมัติผ่าน Bluetooth ด้วย ESP32" นี้เหมาะสุดๆ สำหรับสายอิเล็กฯ ทุกคนที่อยากได้เครื่องมือทำบ้านอัตโนมัติที่อินเทอร์แอคทีฟและสนุกกว่าเดิม! สู้งานนะน้อง ห้ามช็อตนะตัวนี้