ระบบสเปรย์ดับไฟบ้านอัตโนมัติ (DIY) - เมื่อไฟป่ามา น้องต้องอยู่ได้!

สภาพอากาศสุดโหดในยุคนี้ ทำให้เจ้าของบ้านต้องเผชิญกับความจริงที่ว่า ไฟป่ามันมาแน่และรุนแรงขึ้นทุกที! เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียครั้งใหญ่ คำแนะนำจากหน่วยดับเพลิง ตำรวจ และนักวางแผนก็คือ "อพยพซะ!" เก็บของสำคัญที่หยิบได้ แล้วออกจากบ้านไป แล้วก็ภาวนาให้พี่ๆ ดับเพลิงรับมือไหว ซึ่งบ่อยครั้ง...พวกเขาก็รับมือไม่ไหวเหมือนกัน

ในออสเตรเลียและอีกหลายประเทศ ผู้คนในพื้นที่ชนบทมักพึ่งพาน้ำจากแท็งก์เก็บน้ำ โครงการนี้มีเป้าหมายเพื่อ ปกป้องบ้านจากไฟป่า ในเวลาที่เราต้องอพยพออกไป โดยคำนึงถึงความเป็นไปได้ที่ทั้งไฟฟ้าจากการไฟฟ้าและสัญญาณมือถืออาจดับไปในเหตุการณ์ไฟป่ารุนแรง เรามีน้ำจำกัดสำหรับดับไฟ และอาจไม่มีระบบโซลาร์เซลล์แบบออฟกริดใช้ สถานการณ์ของน้องอาจต่างออกไปนะ บางทีน้องอาจโชคดีที่มีระบบน้ำประปาแรงดันดีก็ได้

โครงการนี้คืออะไร?

เพื่อปกป้องบ้าน ระบบสเปรย์น้ำสามารถเปิดใช้งานได้ ทั้งโดยเจ้าของบ้าน และแบบอัตโนมัติ ปัญหาไฟดับและอินเทอร์เน็ตหลุดเป็นเรื่องปกติในไฟป่ารุนแรง และเราได้ออกแบบมาแก้ไขจุดนี้แล้ว

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและควัน รวมถึงปุ่มกดและแอป Blynk สามารถสั่งให้ระบบเริ่มสเปรย์น้ำได้

ผู้เขียนโครงการอาศัยอยู่ในพื้นที่ชนบทของแทสเมเนีย ออสเตรเลีย เคยเป็นอาสาสมัครดับเพลิงมา 15 ปี และทำงานด้านความปลอดภัยจากอัคคีภัยสำหรับบ้านเรือนผ่านโครงการชุมชน Fireguard มาอย่างยาวนาน

คอนเซปต์

เราใช้ แบตเตอรี่ Deep Cycle และ ปั๊มน้ำ 12 โวลต์ ในการสเปรย์น้ำรอบบ้าน เนื่องจากปั๊มขนาดเล็กมีกำลังจำกัด ไมโครคอนโทรลเลอร์จึงจะควบคุมสายสเปรย์หรือสปริงเกอร์หลายเส้นแบบทำงานตามลำดับ

เราได้สร้าง "ทริกเกอร์" หลายแบบไว้ในตัวคอนโทรลเลอร์ ทริกเกอร์เหล่านี้ใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิและควันที่ตั้งโปรแกรมให้เริ่มทำงานปั๊มอัตโนมัติเมื่อถึงขีดวิกฤต: • อุณหภูมิสูงเกินกำหนด • อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว • มีควันหนาแน่น • อุณหภูมิสูงร่วมกับมีควัน

นอกจากนี้ ระบบยังสามารถเริ่มทำงานโดย: • สวิตช์เริ่มต้น (สวิตช์ 'เริ่มและทำงาน') • สวิตช์ในแอปสมาร์ทโฟนที่เชื่อมต่อกับระบบผ่าน WiFi ในบ้านและอินเทอร์เน็ต

ถ้า WiFi ใช้ไม่ได้ เซ็นเซอร์ก็ยังทำงานแบบอัตโนมัติได้อยู่ดี แอปบนโฟนยังแสดงอุณหภูมิและระดับควันได้ด้วย ทำให้เราสามารถตรวจสอบสถานการณ์จากระยะไกลหลายกิโลเมตร – ตราบใดที่ WiFi และอินเทอร์เน็ตยังทำงานได้ (แต่ในไฟป่ารุนแรงที่ผ่านมา หอส่งสัญญาณโทรศัพท์ก็ดับไปเหมือนกัน)

ระบบ 12V ถูกออกแบบมาสำหรับความเป็นไปได้ที่ไฟฟ้า 240V จะดับ แต่ถ้าน้องอยากได้ระบบที่เริ่มด้วย 240V และสลับมาใช้ 12V เฉพาะเมื่อจำเป็นก็ทำได้ (ตัวเลือกง่ายๆ อาจเป็นการเพิ่มเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ 240V) อันนี้เป็นออปชันเพิ่มเติมนะ ไม่ได้รวมอยู่ในนี้

อีกฟีเจอร์เจ๋งๆ ที่น่าลงก็คือ ESP32-CAM สำหรับส่งภาพไปยังแอป Blynk ใครมีไอเดียพัฒนาคอนเซปต์ต่อยอดก็ยินดีเลยจ้า!

แล้วมันราคาเท่าไหร่ล่ะ? แต่ละสถานการณ์ก็ต่างกันนะ สำหรับคนที่มีพลังงานออฟกริดและมีบ่อน้ำใหญ่ โครงสร้างพื้นฐานก็จะน้อยลง งานส่วนใหญ่คือการติดตั้งสปริงเกอร์ จัดวางสายยาง ต่อวาล์วโซลินอยด์และเดินสายไฟ ค่าใช้จ่ายส่วนไมโครคอนโทรลเลอร์ต่ำกว่าที่คิดมาก แต่การเรียนโค้ด Arduino และแอป Blynk อาจเป็นเส้นทางที่ชันสำหรับคนที่ไม่คุ้นเคยกับ IT มาก่อน โค้ดตัวอย่างมีให้ฟรีเลย

แล้วมันคุ้มค่าไหม? แม้ระบบสเปรย์/สปริงเกอร์อัตโนมัติจะไม่สามารถรับประกันได้ว่าบ้านน้องจะรอดจากไฟป่า แต่มันย่อม เพิ่มโอกาสรอดให้บ้านได้แน่นอน ด้วยสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงและข้อความเตือนให้อพยพที่เข้มข้นขึ้น ระบบนี้ควรช่วยให้เรามีความสบายใจมากขึ้น แม้จะไม่สามารถรับประกันสถานการณ์ได้ 100%

แล้วต้องอพยพไหม? ตามกฎหมายในออสเตรเลียส่วนใหญ่ คำตอบคือ "ไม่ต้อง" แต่มันมักจะเป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยที่สุดถ้าทำแต่เนิ่นๆ น้องต้องคิดไม่เพียงแต่ความปลอดภัยของตัวเอง แต่รวมถึงความปลอดภัยของพี่ๆ ดับเพลิงด้วย

แล้ววิทยาศาสตร์รองรับแค่ไหน? ตอบสั้นๆ คือ ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น เซ็นเซอร์ควันมีมานานแล้วและใช้ในระบบดับเพลิงอาคารกับเครื่องตรวจจับควัน เซ็นเซอร์อุณหภูมิก็เป็นของที่พิสูจน์แล้วเช่นกัน (ใครมีสถานีตรวจอากาศส่วนตัวก็รู้ดี) ไมโครคอนโทรลเลอร์ก็ขับเคลื่อนทุกอย่างตั้งแต่เครื่องซักผ้ายันเครื่องชงกาแฟ แอปโฟนก็มีอยู่ทั่วไป

สิ่งที่ยังไม่รู้คือ ควรตั้งค่า 'ทริกเกอร์' ที่ระดับไหน? ควรสเปรย์น้ำนานแค่ไหน? น้ำจะพอไหมในสภาวะลมแรง? อะไรอาจผิดพลาดในสถานการณ์ของน้องได้บ้าง? แบตเตอรี่หนึ่งก้อนอาจปั๊มน้ำต่อเนื่องได้ประมาณหนึ่งชั่วโมง หรือนานกว่านั้นหากปั๊มแบบเป็นช่วงๆ แผงโซลาร์เซลล์จะช่วยได้ แต่ผลผลิตจะลดลงในสภาวะควันหนาและเมื่อแสงแดดลดลง

แค่ไหนถึงจะพอ? อิเล็กทรอนิกส์จะทนทานพอไหม? คำถามเหล่านี้ล้วนต้องพิจารณาและปรับให้เข้ากับสถานการณ์ของน้องเอง และที่สำคัญ เราต้องการการติดตั้งและการทดสอบอีกมากก่อนที่จะมีแนวทางสุดท้ายให้ใช้ได้

สู้งานนะน้อง! อย่าลืมคำนวณกำลังไฟให้ดี ระวังช็อตตัวต้านทาน (Resistor) หลุดร่วงด้วยล่ะ!

ระบบไฟออฟกริด (Off-grid power)

แบตเตอรี่มันแพงอยู่นะตัวนี้ ตอนนี้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบ Deep Cycle ดูจะเป็นตัวเลือกที่ดีสุดของพี่ พี่ตั้งเป้าให้ปั๊มทำงานได้ 3-4 ชั่วโมงตอนออฟกริด สำหรับคนที่ติดโซลาร์เซลล์และมีแบตฯ อยู่แล้วก็ถือว่ามีทางออกในมือแล้ว แม้ว่าราคาแบตเตอรี่เก็บไฟสำหรับบ้านขนาดใหญ่จะถูกลง และมีตัวเลือกเล็กๆ อย่างแบตฯ รถมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้าเข้ามาในตลาด แต่ก็ยังแพงกว่าแบตฯ ตะกั่วกรดอยู่ดี

แล้วจะเริ่มตรงไหนดีล่ะ?

แปลกดีที่รางน้ำฝนเป็นประเด็นสำคัญเลยนะ เมื่อหลายปีก่อน ถ้ามีไฟป่าใกล้เข้ามา คำแนะนำคือให้อุดท่อน้ำฝนแล้วเติมน้ำให้เต็มรางน้ำ ใบไม้ที่ติดไฟจะได้ไม่มาตกค้างในรางแล้วส่งประกายไฟและความร้อนเข้าไปในส่วนหลังคา ปัจจุบันนี้ ตาข่ายกันใบไม้ตันรางน้ำ (gutter guard mesh) น่าจะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า

น้องอาจไม่ต้องใช้ปั๊มก็ได้นะ ถ้ามีแรงดันน้ำดี – จากน้ำประปา หรือถังน้ำที่วางสูง หรืออ่างเก็บน้ำ – การส่งน้ำก็จะง่ายขึ้นมากเลยล่ะ ขึ้นอยู่กับแรงดัน น้องอาจต้องการแค่สายไม่กี่เส้นก็พอ

พี่สร้างระบบส่งน้ำเป็นขั้นตอนนะ สปริงเกอร์มาก่อน โดยให้ความสำคัญกับการฉีดน้ำให้เปียกชุ่มไปที่พืชพรรณและตัวบ้านด้านที่รับลมไฟเป็นพิเศษ ฤดูกาลถัดมาพี่ก็เพิ่มหัวสเปรย์ฝอย (mist sprayers) เข้าไป เพื่อป้องกันหน้าต่างจำนวนมากได้ดีขึ้น และเพราะบ้านพี่เป็นไม้ ก็ช่วยให้ผนังบ้านเย็นลงด้วย

น้ำ

สำหรับที่ดินที่ไม่มีแหล่งน้ำที่มั่นคง จะต้องมีแท็งก์น้ำ แท็งก์ขนาด 4,600 ลิตรขึ้นไปเป็นขั้นต่ำที่แนะนำสำหรับบ้านขนาดเล็กถึงกลาง ถ้าต้องการปกป้องโรงเก็บของหรือสิ่งปลูกสร้างอื่นๆ ด้วย ก็ต้องใช้น้ำมากขึ้น แท็งก์น้ำเหล่านี้ควรสงวนไว้สำหรับความปลอดภัยจากไฟในช่วงฤดูร้อนโดยเฉพาะ

อุปกรณ์สำหรับระบบกระจายน้ำ

SEAFLO 55 Series Water Pressure Pump (12V/5.5GPM/60PSI) (20.8LPM/413Kpa) $224, Amazon

Century Deep Cycle Battery N70T 102 Amp-hour $252

Solar panel and charger $149

12V DC 1/2" Water Solenoid Valves - Normally Closed $8.47 each

ไดโอด 'flyback' IN4007 เอาไว้ป้องกันวงจรจากสไปก์แรงดันตอนที่โซลินอยด์วาล์วทำงาน

สายชลประทานหลายแกน (Multi-Core Irrigation Cable) ขนาด 0.5mm สาย 9 แกน ราคา $2.85 ต่อเมตร สาย 3 แกน ราคา $1 ต่อเมตร น้องคงต้องใช้ผสมกัน

สปริงเกอร์ที่สามารถครอบคลุมพื้นที่ได้ประมาณ 450 ถึง 500 ตร.ม.

Holman 15mm Metal Impact Sprinkler Head, Bunnings $24.55

หรือ VYRSA 35 3/4" Brass Full-Circle Impact Sprinkler Dural Irrigation $52.58 จากสเปคแล้ว สปริงเกอร์ตัวที่สองนี้สัญญาว่าจะทำงานได้ดีกว่ากับปั๊มข้างบนและใช้สายส่งน้ำขนาด 18mm (¾”)

ท่อและสายยาง

ต้องใช้กี่เส้น? ระบบของพี่จะมีสองระบบ ระบบหนึ่งสำหรับบ้านและออฟฟิศ อีกระบบสำหรับโรงเก็บของ นั่นแปลว่าต้องใช้ปั๊มสองตัว แผงโซลาร์เซลล์และเครื่องชาร์จสองชุด

บ้านจะใช้หัวสปริงเกอร์แบบกระแทก (impact sprinkler) 4 หัว พร้อมโซลีนอยด์วาล์วสำหรับแต่ละหัว และมีสายสเปรย์/สายหมอกอีก 3 เส้น พร้อมโซลีนอยด์วาล์วสำหรับแต่ละเส้นอีกต่างหาก ส่วนเรื่องสายไฟก็ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากปั๊มและแบตเตอรี่ รวมถึงจำนวน 'แขน' ของระบบด้วย ส่วนโรงเก็บของก็จะจัดวางคล้ายๆ กัน

มันคุ้มค่าที่จะลองทดสอบดูว่าสายยางแบบไหนใช้ได้ดี สายยางสวนทั่วไปมีขนาด 12mm แต่ถ้าอยากได้ปริมาณน้ำที่มากกว่าในระยะทางไกล แนะนำให้ใช้ขนาด 18mm ดีกว่า สายยาว 30 เมตรราคาประมาณ 80 ดอลลาร์ บางทีถ้าระยะสั้น สาย 12mm ก็ใช้ได้เหมือนกันนะ ราคาก็ประมาณ 20-30 ดอลลาร์สำหรับ 30 เมตร ลองวางแผนดูให้ดีๆ

ท่อโพลี (Poly pipe) มักจะเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด แม้ว่าการต่อจะไม่สะดวกเท่าสายยางสวนแบบเก่า สายยางสวนเหมาะสำหรับการติดตั้งและทดสอบเบื้องต้น ถ้าปั๊มของคุณมีทางเข้าและทางออกขนาด 1 นิ้ว ก็ใช้ท่อโพลีขนาด 1 นิ้วสำหรับส่งน้ำได้เลย แล้วก็ฝังสายยางลงดินซะ

ถ้าน้องวางโซลีนอยด์วาล์วไว้ใกล้ๆ ปั๊ม แทนที่จะวางไว้ที่ปลายสายยาง และใช้สายยางแยกเส้นสำหรับสปริงเกอร์หรือหัวสเปรย์แต่ละหัว น้องจะประหยัดสายไฟได้ แต่ก็อาจต้องใช้สายยางมากขึ้น สายสเปรย์หมอกใช้ท่อโพลีสีดำขนาด 13mm โดยมีหัวสเปรย์ทุกๆ 1 เมตร ถ้ามีหัวสเปรย์เยอะบนเส้นเดียว ก็ต้องใช้ปริมาณน้ำมากตามไปด้วย

ไมโครคอนโทรลเลอร์และชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้อง

ตัวคอนโทรลเลอร์ที่แนะนำคือ Lonely Binary ESP32-S3 ราคา 30 ดอลลาร์ รุ่นนี้มีเสาอากาศภายนอก และมาพร้อมกับขาเชื่อมต่อที่เพียงพอสำหรับบัดกรีลงบนเบรดบอร์ดหรือ PCB

รีเลย์ 8 ช่อง สำหรับจัดการ 12v ราคา 21.95 ดอลลาร์ที่ Jaycar

รีเลย์ฟิวส์ออโตโมทีฟ SPST 30A ราคา 12.95 ดอลลาร์ที่ Jaycar

ปั๊มน้ำ 12v มีโหลดไฟฟ้าสูงมาก โดยเฉพาะตอนสตาร์ท รีเลย์กำลังสูงตัวนี้จะเชื่อมขั้วบวกจากแบตเตอรี่ดีพไซเคิลเข้ากับขั้วบวกของปั๊ม เมื่อรีเลย์ 'ปั๊ม' จากไมโครคอนโทรลเลอร์ทำงาน มันก็จะไปสั่งให้รีเลย์ตัวนี้ทำงานต่อ (รีเลย์สองตัวต่อกันเป็นทอด) ทำให้สามารถใช้สายไฟขนาดใหญ่ระหว่างแบตเตอรี่และปั๊มได้เต็มที่

ตัวควบคุมแหล่งจ่ายไฟ แปลง 12v เป็น 5v Arduino Compatible DC Voltage Regulator Module CAT.NO: XC4514 Jaycar ราคา 10.25 ดอลลาร์ พี่ลองตัวควบคุมหลายรุ่น บางรุ่นก็พังจนเสียชิ้นส่วนไป แต่ตัวนี้พิสูจน์แล้วว่าเสถียรดี

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ TMP36 - Analog Temperature sensor, Little Bird Electronics ราคา 5.80 ดอลลาร์ ระวังนะว่าเซ็นเซอร์ต่างรุ่น แม้จะเป็น TMP36 เหมือนกัน ขั้วแอโนดและแคโทดอาจสลับกัน ตรวจสอบข้อมูลแผ่นวงจร (data sheet) ให้ดี อย่าเพิ่งงง

โมดูลเซ็นเซอร์ควัน MQ-2, Little Bird Electronics ราคา 9.66 ดอลลาร์

ตัวต้านทาน (Resistor) 1/4w: 220 โอห์ม, 10K โอห์ม

LED เลือกได้ที่ Little Bird

สวิตช์กดปุ่ม เลือกได้ที่ Little Bird

สายจัมเปอร์ F/F สำหรับเชื่อมต่อวงจรไปยังเซ็นเซอร์และรีเลย์อย่างเป็นระเบียบ

สายจัมเปอร์ 40 พิน แบบ F-F ยาว 15 ซม. ราคาประมาณ $6.36 ตัวเลือกดี มีความยืดหยุ่นสูง เอาไว้ต่อโน่นนี่บนเบรดบอร์ดได้สบายๆ

เบรดบอร์ดแบบบัดกรีได้ (Solderable breadboard) จาก Core Electronics ราคา $9.80 ตัวนี้ถ้าอยากให้งานแน่นหนา ไม่งอแง ก็จัดไปวัยรุ่น

แผนผังวงจร (Circuit Diagram):

เรื่องของ PCB

พี่ใช้ KiCad ในการออกแบบ PCB แล้วส่งไปผลิตที่ SeeedStudio ทำไมต้องทำ PCB ล่ะน้อง? เพราะอุปกรณ์ที่ต้องอยู่กลางแจ้ง แม้จะอยู่ในกล่องพลาสติก ก็ยังเสี่ยงเรื่องการกัดกร่อนได้ พี่เลยอยากให้ทุกอย่างมันมั่นใจได้มากที่สุด

ถ้าโจทย์ของน้องมันใกล้เคียงกับดีไซน์ของพี่ พี่มี PCB สำรองอยู่บ้างนะ (แต่คิดว่าส่วนใหญ่โจทย์คงไม่เหมือนกันหรอก จำนวนสาย แหล่งไฟ ฯลฯ)

วงจรภายนอก (The External Circuitry)

พี่ทำตามวงจรที่ LarryD แนะนำไว้ในโพสต์เกี่ยวกับไดโอดฟลายแบ็ก (flyback diode)

ความแตกต่างหลักคือพี่ใช้ รีเลย์ 8 แชนเนล รีเลย์รุ่น XC4418 จาก Jaycar มี datasheet ให้ดูนะ แต่มันไม่ได้บอกวิธีต่อองค์ประกอบภายนอกสักเท่าไหร่ จำให้ขึ้นใจ: ขาต่อกลางของแต่ละแชนเนลคือขา +V ส่วนขาซ้ายสุดจะเป็นขาที่ส่งไฟบวกไปยังโซลินอยด์เมื่อรีเลย์ทำงาน

ในดีไซน์ของพี่ ESP32, บัคคอนเวอร์เตอร์ (หรือเรกูเลเตอร์) และ รีเลย์ อยู่รวมกันในกล่องเดียว แต่การเดินสายก็คล้ายๆ กัน ข้อแตกต่างสำคัญ: รีเลย์ 8 แชนเนลตัวนี้ใช้ไฟ 12V ดังนั้นสายสีดำและแดงที่ไปรีเลย์ต้องต่อมาจากด้านแบตเตอรี่ของบัคคอนเวอร์เตอร์นะ ห้ามช็อตนะตัวนี้!

Jaycar