ภาพรวม

การปลูกดอกไม้ให้เติบโต ดูมันผลิบาน และปล่อยให้ความงามของมันสร้างแรงบันดาลใจให้เรา มันสุดยอดมากเลยใช่มั้ยล่ะ? แต่... จะไม่สุดแน่ถ้าน้องลืมรดน้ำ แล้วอยู่ๆ ดอกไม้ของน้องก็เฉาตายซะงั้น การดูแลต้นไม้นี่มันท้าทายนะทุกคน มีเรื่องให้คิดในหัวเต็มไปหมด สิ่งสุดท้ายที่น้องจะมีเวลาคิดคือ "เมื่อกูรดน้ำต้นไม้หรือยังวะเนี่ย?"

เจ้า FlowerPot Monitor ตัวนี้แหละ จะเป็นผู้ช่วยคอยเฝ้าติดตามสภาพแวดล้อมของต้นไม้ และส่งข้อมูลสถานะของต้นไม้ให้น้องแบบไร้สาย (wireless) น้องจะรู้ได้ในทันทีว่าต้นไม้ต้องการการดูแลหรือยัง ด้วยวิธีนี้ ต้นไม้ของน้องจะปลอดภัยตลอดไป!

เจ้า FlowerPot เนี่ย ประกอบด้วย 2 ส่วนหลักๆ คือ ตัวส่งสัญญาณ (transmitter) และตัวรับสัญญาณ (receiver) ตัวส่งจะทำหน้าที่เก็บค่าต่างๆ จากเซนเซอร์ แล้วส่งต่อไปยังตัวรับ

การทำงาน

FlowerPot จะคอยเฝ้าติดตามสภาพแวดล้อมที่วางต้นไม้นั้นๆ ไว้ ไม่ว่าจะในร่มหรือกลางแจ้ง โดยอุปกรณ์จะตรวจวัด:

• ความชื้นในดิน (Soil Moisture)
• ความชื้นในอากาศ (Atmosphere Humidity)
• อุณหภูมิอากาศ (Atmosphere Temperature)

หลังจากที่ตัวส่ง (Arduino Uno ที่อ่านค่าและส่งค่า) เก็บค่าจากเซนเซอร์ทั้งหมดแล้ว มันจะส่งข้อมูลไปยังตัวรับ (Arduino Uno ที่รับค่าและแสดงผล) ผ่านคลื่นวิทยุ (RF - Radio Frequency) จากนั้นข้อมูลก็จะถูกแสดงบนหน้าจอ LCD นี่คือภาพรวมโค้ดของเรา:

ฝั่งตัวส่งต้องทำการ "แพ็ก" ตัวแปรทั้งสามตัวที่เป็น int (จำนวนเต็ม) ให้กลายเป็นตัวแปรประเภท unit8_t เดียว แล้วค่อยส่งข้อมูลผ่านการสื่อสาร RF ไปยัง Arduino Uno อีกตัวที่ติดตั้งตัวรับไว้ นี่คือไดอะแกรมที่แสดงขั้นตอนนี้

เมื่อข้อมูลถูกส่งมาถึง ฝั่งตัวรับต้องทำการประมวลผลข้อมูลและแปลงมันกลับมาเป็นตัวแปรสามตัวที่ถูกส่งมาในตอนแรก

อุปกรณ์ทั้งสองตัวทำงานด้วยแบตเตอรี่ ตัวรับสามารถอยู่ห่างจากตัวส่งได้ไม่เกิน 20 เมตร (โดยไม่มีอะไรมาขวางทางสัญญาณ เช่น ประตู) ดังนั้นน้องจะสามารถเฝ้าดูต้นไม้จากที่ไหนในบ้านก็ได้ นี่คือรูปที่ถ่ายตอนรดน้ำต้นไม้

การตรวจวัดสุขภาพพืชทางไกล (Botanical Health Telemetry)

FlowerPot Monitor คือเครื่องมือทำสวนอัจฉริยะแบบ IoT ที่จะทำให้แน่ใจว่าต้นไม้ของน้องได้รับน้ำและแสงในปริมาณที่เหมาะสมที่สุด

• การวิเคราะห์ความต้านทานของดิน (Soil Impedance Analysis): ใช้เซนเซอร์วัดความชื้นในดินแบบเฉพาะทางเพื่อตรวจสอบปริมาณน้ำ Arduino จะตรวจจับ "จุดเหี่ยวเฉา (Wilting Point)" และแจ้งเตือนผู้ใช้เมื่อดินแห้งเกินไปจนเป็นอันตราย
• ประสิทธิภาพ (Efficiency): เพื่อป้องกันการกัดกร่อนของเซนเซอร์ (อิเล็กโทรลิซิส) Arduino จะจ่ายไฟให้เซนเซอร์วัดความชื้นเพียง 100 มิลลิวินาที ในทุกๆ 1 ชั่วโมง ในช่วงที่ทำการสุ่มตัวอย่าง

ประโยชน์

• รับรู้สภาพปัจจุบันของต้นไม้ได้ทันที
• รับรู้สภาพแวดล้อมโดยรอบของต้นไม้

ขั้นตอนการประกอบโปรเจค

ขั้นตอนที่ 1: อุปกรณ์ที่ต้องใช้

โปรเจคนี้ต้องการวงจรสองชุด; หนึ่งชุดสำหรับตัวส่ง และอีกชุดสำหรับตัวรับ

สำหรับตัวรับ (Receiver)

• สายจัมเปอร์ (jumper wires)
• 1, ตัวรับสัญญาณ RF 433Mhz

1, ตัวต้านทาน (Resistor) 220Ω

1, LED

1, จอ LCD แบบ I2C (16x2)

1, แบตเตอรี่ 9V

1, ตัวถือแบตเตอรี่ 9V

สำหรับฝั่งตัวส่งสัญญาณ (Transmitter)

• สายจัมเปอร์ (jumper wires)
• 1, ตัวส่งสัญญาณวิทยุ 433Mhz (RF transmitter)
• 1, เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้น DHT11
• 1, เซ็นเซอร์วัดความชื้นในดิน (Soil Moisture Sensor)
• 1, แบตเตอรี่ 9V
• 1, ตัวถือแบตเตอรี่ 9V

ขั้นตอนที่ 2: ต่อวงจรให้เรียบร้อย

ถึงเวลาต่อวงจรแล้วจ้า งานนี้พี่ใช้เบรดบอร์ดสำหรับทั้งสองฝั่ง (ตัวส่งกับตัวรับ) สำหรับฝั่งตัวรับ พี่ใช้ Arduino Uno กับเบรดบอร์ดที่มากับชุดเริ่มต้น เพราะมันกะทัดรัดดี งานนี้จัดไปวัยรุ่น!

ขั้นตอนที่ 3: มาดูโค้ดกันดีกว่า

โปรเจคนี้มีสเก็ตช์สองอันแยกกันนะน้อง อันหนึ่งสำหรับตัวรับ อีกอันสำหรับตัวส่ง ทั้งสองอันมีฟังก์ชันหลายตัว มาดูกันว่ามันทำอะไรบ้าง

• ฟังก์ชันอ่านค่า (ฝั่งตัวรับ)

void readValues() 
{ 
 uint8_t buf[VW_MAX_MESSAGE_LEN]; // create buffer where the data is received 
 uint8_t buflen = VW_MAX_MESSAGE_LEN; 
 if (vw_get_message(buf, &buflen)) // if we receive a message 
 { 
   for (int i = 0; i < buflen; i++)  
   { 
     data[i] = buf[i]; // store message 
   } 
   if(buflen == 4) 
   { 
     temperature = data[1]; // store temperature 
     humidity = data[2]; // store humidity 
     soilMoisture = data[3]; // store soil moisture 
   } 
 } 
} 

ลูปนี้จะอ่านค่าจากตัวแปร unit8_t ที่ตัวส่งมาส่ง แล้วแปลงมันเป็นตัวแปรสามตัว: อุณหภูมิ, ความชื้น และความชื้นในดิน ห้ามช็อตนะตัวนี้!

• ฟังก์ชันแสดงผลอุณหภูมิ, ความชื้น และความชื้นในดิน (ฝั่งตัวรับ)

void displayTempAndHum() 
{ 
 lcd.setCursor(0,1); 
 lcd.print("Temp "); 
 lcd.setCursor(5,1); 
 lcd.print(temperature); 
 lcd.setCursor(7,1); 
 lcd.print("C"); 
 lcd.setCursor(9,1); 
 lcd.print("Hum "); 
 lcd.setCursor(13,1); 
 lcd.print(humidity); 
 lcd.setCursor(15,1); 
 lcd.print("%"); 
} 
void displaySoilMoisture() 
{ 
 lcd.setCursor(1,0); 
 lcd.print("Soil Moist "); 
 lcd.setCursor(12,0); 
 lcd.print(soilMoisture); 
 lcd.setCursor(14,0); 
 lcd.print("%"); 
} 

ลูปพวกนี้จะแสดงข้อมูลที่รับมาและประมวลผลแล้วบนหน้าจอ LCD ครับ น้องจะเห็นความชื้นในดินของต้นไม้เป็นเปอร์เซ็นต์ (100 คือเปียกสุดๆ เหมือนน้ำ) รวมถึงอุณหภูมิและความชื้นรอบๆ ต้นไม้ด้วย

• อ่านค่าอุณหภูมิ ความชื้น และความชื้นในดิน (ฝั่งส่งข้อมูล)

void readTempAndHum() 
{ 
 chk = DHT.read11(11); 
 temperature = DHT.temperature; 
 humidity = DHT.humidity; 
} 
void readSoilMoisture() 
{ 
 int sensorValue = analogRead(A0); // read the raw value 
 soilMoisture = map(sensorValue,550,0,0,100); // map the received value 
} 

ฝั่งส่งข้อมูลจะอ่านค่าจากเซ็นเซอร์ DHT11 และเซ็นเซอร์วัดความชื้นในดินก่อนเป็นอันดับแรก

• ส่งข้อมูล (ฝั่งส่งข้อมูล)

// Send these values 
 valueToSend[1] = temperature; // send temperature 
 valueToSend[2] = humidity; // send humidity 
 valueToSend[3] = soilMoisture; // send soil moisture 
 valueToSend[4] = 0; // this data does not represent anything 
 vw_send((uint8_t *) valueToSend, 4); // send the message 
 vw_wait_tx(); // Wait until the message is sent 

โค้ดส่วนนี้เป็นส่วนหนึ่งของ void loop ครับ หลังจากที่ฝั่งส่งอ่านค่าจากเซ็นเซอร์เสร็จแล้ว ไมโครคอนโทรลเลอร์จะแพ็กข้อมูลทั้งหมดลงในตัวแปร unit8_t แล้วส่งออกไปทางคลื่นวิทยุ (RF) ไปยังฝั่งรับ valueToSend[4] ตั้งค่าเป็น '0' ไว้เพราะค่าสุดท้ายมักจะเกิด timeout แล้วฝั่งรับไม่ได้รับค่าไปน่ะครับ

ไลบรารีที่ใช้

virtualWire - copyright (c) 2018 Mike McCauley GNU General Public Licence this library is in the public domain

wire - copyright (c) 2006 Nicholas Zambetti GNU Lesser General Public Licence this library is in the public domain

DHT - Author Rob Tillaart this library is in the public domain

liquidCrystal_I2C - author DFROBOT, posted on GitHub by fdebrabander

ขั้นตอนเซ็ตอัพ

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าต่อวงจรถูกต้องแล้วนะครับ จากนั้นเชื่อมต่ออุปกรณ์ทั้งสองฝั่ง (ฝั่งส่งและฝั่งรับ) เข้ากับคอมพิวเตอร์แล้วอัปโหลดโค้ดด้านล่างลงไป ระวังให้ดีว่าอัปโหลดโค้ดฝั่งรับลงในบอร์ดฝั่งรับ ถ้าน้องเสียบบอร์ดทั้งสองอันเข้ากับคอมผ่านพอร์ต USB คนละอัน ก็อย่าลืมสลับพอร์ตบนคอมเพื่ออัปโหลดโค้ดฝั่งส่งลงบอร์ดอีกอันนึงด้วยล่ะ พร้อมลุยแล้ววว!

ขั้นตอนสุดท้าย - ทำกล่องใส่บอร์ด

พี่ออกแบบกล่องใส่บอร์ดฝั่งรับจากกระดาษแข็งให้นะ ส่วนฝั่งส่งพี่ไม่ทำกล่องแล้ว เพราะสายไฟแถวหน้าต่างมันก็ดูเท่ดี (หรือขี้เกียจทำก็ว่าไป 555) วิธีทำง่ายมากๆ

• ขั้นตอนที่ 1: เตรียมอุปกรณ์

สิ่งที่ต้องใช้มีแค่ กรรไกร เทป และกระดาษแข็งบางๆ ขนาดประมาณ 200mm x 180mm

• ขั้นตอนที่ 2: ตัดชิ้นส่วน

ดูจากไดอะแกรมในรูปด้านล่าง แล้วใช้กรรไกรหรือคัตเตอร์ตัดกระดาษแข็งออกเป็นชิ้นเล็กๆ ตามแบบเลย

ชิ้นส่วนก้นกล่อง

ฝาด้านขวา

ฝั่งซ้ายจ้า

ของแถม