แรงบันดาลใจ:

ตั้งแต่ผมจบจากมหา'ลัยมาเนี่ย ก็ 24 ปีแล้วว่ะน้อง ยังไม่ได้อัพเดตความรู้เรื่องอิเล็กทรอนิกส์, การเขียนโปรแกรม หรือแอปพลิเคชันบนแพลตฟอร์ม Android เลยสักครั้ง อยากจะตามเทคโนโลยีให้ทัน เลยตัดสินใจทำโปรเจคนี้ขึ้นมา เป้าหมายคือได้ทั้งความรู้ และได้ของใช้ในบ้านที่ช่วยประหยัดน้ำ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมด้วย เลยออกแบบระบบรดน้ำต้นไม้ต้นทุนต่ำโดยใช้เทคโนโลยีโอเพ่นซอร์ส แรงบันดาลใจมาจากโปรเจคของ Mayooh Girish ที่โพสต์ไว้ในเว็บ Arduino นั่นแหละ

อุปสรรคหลักที่เจอ:

• ต้องบูรณาการบอร์ดอิเล็กทรอนิกส์, อุปกรณ์ต่างๆ, ซอฟต์แวร์ และฮาร์ดแวร์เข้าด้วยกัน โดยใช้งบน้อยที่สุด
• ทำให้ทุกขั้นตอนสนุกเหมือนได้เล่นใหม่ๆ เป็นงานอดิเรกชิ้นใหม่
• ออกแบบให้ปลอดภัยทั้งต่อคน, สิ่งแวดล้อม และตัวทรัพย์สินเองด้วย

มันทำงานยังไง?

ระบบรดน้ำนี้สามารถควบคุมได้จาก:

• ปุ่มกด (Push Button) แบบโลคัล
• คีย์แพด (Keypad) แบบโลคัล
• สมาร์ทโฟนผ่านแอป Android GUI

สามารถรันได้ในโหมด โลคัล, รีโมท และ แมนนวล, ออโต้

ถ้าเลือกโหมดโลคัล ก็สามารถเปิด/ปิดโซลินอยด์วาล์วจากปุ่มกดหรือคีย์แพดผ่านปุ่มที่กำหนดไว้ได้เลย หรือจะตั้งช่วงเวลา (นาที) ที่ต้องการให้รดน้ำ แล้วรีเซ็ตก็ได้ ถ้าชอบควบคุมเองแบบเรียลไทม์ก็เลือกโหมดแมนนวลไปเลย

พอสั่ง "เปิดวาล์ว" แล้ว ก็จะเห็นข้อมูลเกี่ยวกับอัตราการไหลและสถานะระบบบนจอ LCD นะ ผมติดตั้งโฟลว์มิเตอร์ราคาถูกในท่อ มันจะส่งพัลส์ไปที่อินพุตของบอร์ด Arduino

ทิปเด็ด: ก่อนจะกำหนดช่วงเวลาในคีย์แพดและโค้ด Arduino สิ่งที่สำคัญมากคือต้องทำการ "วัดอัตราการไหลคงที่ (static flow measurement)" ของแหล่งน้ำก่อน แนะนำให้ใช้ถังพลาสติกที่มีขีดบอกลิตร แล้วจับเวลาด้วยนาฬิกาหรือแอปจับเวลาบนมือถือเลย

สำหรับโหมดรีโมท ผมพัฒนาขึ้นมาเป็นแอปที่มี GUI เชื่อมต่อสมาร์ทโฟนกับโมดูลบลูทูธของ Arduino แอปนี้พัฒนาต่อยอดมาจากแอปตัวอย่างใน Android Studio ชื่อ BluetoothChat นั่นแหละ

จาก GUI นี้ น้องสามารถอ่านข้อมูล และเขียนคำสั่งเปิด/ปิด ไปยัง Arduino และต่อไปยัง Solenoid Valve ได้เลยจ้า ง่ายมั้ยล่า!

รุ่นพี่คนนี้จะมาสอนทางลัดสำคัญ ในการทดสอบการสื่อสารบลูทูธ โดยใช้แอปตัวอย่างจาก Android Studio ที่ชื่อว่า BluetoothChat ถ้าน้องลองใช้แอปคล้ายๆ กันกับโมดูล HC-05 วิดีโอนี้จะช่วยเซฟเวลาและแรงงานน้องไปได้เยอะเลยนะ ไว้ลองดู!

รายละเอียดเทคนิคแบบจัดเต็ม

Smart Botanical Life-Support suite

ระบบรดน้ำอัตโนมัติที่บาลานซ์ข้อมูลจากเซ็นเซอร์ในพื้นที่ กับการควบคุมจากสมาร์ทโฟนระยะไกล เพื่อรักษาระบบนิเวศในสวนให้สุขภาพดี

• Distributed Moisture Analytics: ใช้เซ็นเซอร์วัดความชื้นในดินหลายตัว เพื่อตรวจสอบ "โซน" ต่างๆ ของสวน Arduino จะระบุว่าโซนไหนต้องการน้ำ โดยอิงจากค่า "Wilting Point" ที่ผู้ใช้กำหนดไว้
• Bluetooth_Chat Command Hub: ใช้แอป Bluetooth Chat ที่ปรับแต่งเอง เพื่อให้ผู้ใช้สามารถควบคุมระบบด้วยมือได้ แอปจะแสดงเปอร์เซ็นต์ความชื้นในดินแบบเรียลไทม์ และอนุญาตให้ผู้ใช้เปิด Solenoid แต่ละตัวได้ด้วยคลิกเดียว

เรื่องของ Safety

• Anti-Seize Solenoid Cycle: มีรูทีนในเฟิร์มแวร์ที่สั่งให้วาล์วน้ำทำงานเป็นพัลส์ 1 วินาที ทุกๆ 24 ชั่วโมง (แม้ว่าความชื้นจะสูงอยู่แล้ว) เพื่อป้องกันการสะสมของแร่ธาตุและความล้มเหลวทางกลไก

โปรเจคนี้พัฒนามาจาก WBS นี้เลย:

พี่อธิบายไอเดียผลิตภัณฑ์แบบคร่าวๆ ให้ลูกชายฟัง เขาก็ออกแบบโลโก้ดราฟต์ให้กับต้นแบบของพี่ หลังจากนั้นพี่ก็ตัดสินใจจ้างดีไซเนอร์ เพราะในกระบวนการพัฒนาผลิตภัณฑ์ มันต้องการภาพและโลโก้ที่สื่อไอเดียได้ชัดเจน โลโก้สำหรับต้นแบบและแอปอยู่ด้านล่างนี้เลย

ขั้นตอนมีดังนี้:

ก่อนจะเริ่มลงมือทำโปรเจค น้องต้องมี Concept และการออกแบบทางวิศวกรรมพื้นฐานของโซลูชันก่อนนะ จะได้หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาด อุบัติเหตุ และการเสียเงินฟรีๆ ในการจัดซื้อวัสดุ

ขั้นตอนที่ 1:

ซื้อและประกอบฮาร์ดแวร์ภาคสนามตามความต้องการของไซต์งานและการออกแบบทางวิศวกรรมของน้อง:

• สายยางและอุปกรณ์เสริม (ความยาวขึ้นอยู่กับจำนวนจุดจ่ายน้ำของน้อง)

• Flow meters (ตามจำนวนไลน์รดน้ำของน้อง)

• โซลินอยด์วาล์ว (หนึ่งตัวต่อหนึ่งโซน)

จำไว้เลยวาล์วพวกนี้มันทำงานด้วยอัตราการไหลและ/หรือความดันขั้นต่ำนะ อย่าไปใช้แบบมั่วๆ

• ท่อพีวีซีและอุปกรณ์ต่อพ่วงขนาด 1", 3/4" และ 1/2" – ถ้ามีหลายโซน พี่แนะนำให้สร้าง PVC แมนนิโฟลด์ แล้วติดตั้ง Inspection Box ไปเลย งานจะได้เป็นระเบียบ
• วาล์วตัดน้ำ (Cut Valve) ขนาด 3/4" เพื่อให้ง่ายต่อการแยกโซนสำหรับซ่อมบำรุงในอนาคต วาล์วนี้ควรติดตั้งอยู่ด้านหน้า (upstream) ของโซลินอยด์วาล์วแต่ละตัว

• ฟิลเตอร์เป็นสิ่งที่ต้องติดตั้งด้านหน้าโซลินอยด์วาล์ว ห้ามขาด!
• สปริงเกอร์ – จะใช้แบบพลาสติกธรรมดา, แบบโลหะ หรือระบบไมโครสเปรย์ก็ได้ ตามงบและความเหมาะสมของพื้นที่

ขั้นตอนที่ 2:

เพื่อให้การทดสอบในสนาม การติดตั้ง และการตรวจสอบระบบทำได้ง่ายขึ้น ให้ใช้แผง PCB มาตรฐาน บัดกรี และติดตั้ง LED, ตัวต้านทาน 220 โอห์ม, HC-05 แล้วเดินสายสัญญาณสำหรับ:

สถานะ:

• วาล์วเปิด/ปิด (บน PCB)
• โหมดควบคุมท้องถิ่น (โดยสวิตช์เลือกบน PCB)
• โหมดควบคุมระยะไกล (โดยสวิตช์เลือกบน PCB)

คำสั่ง:

• เปิดวาล์ว (ปุ่มกด & คีย์แพด & แอป)
• ปิดวาล์ว (ปุ่มกด & คีย์แพด & แอป)
• รีเซ็ตเวลา (ปุ่มกด & คีย์แพด & แอป)
• เวลารดน้ำอัตโนมัติ (คีย์แพด & แอป)

อินพุต/เอาต์พุตไฟเลี้ยง:

• +5V
• GND(-)
• เราใช้ Power Supply หนึ่งตัวสำหรับ Arduino และอีกหนึ่งตัวสำหรับฮาร์ดแวร์อื่นๆ

โมดูลบลูทูธ HC-05

• ขา Tx
• ขา Rx
• ขา Vdc
• ขา GND

น้องสามารถเก็บชุดฮาร์ดแวร์ทั้งหมดนี้ไว้บนเบรดบอร์ดตามที่แสดงในแผนภาพ Fritzing ก็ได้นะ ง่ายดี

ตัวแปรสำหรับโค้ด Arduino มีดังนี้:

รายงานการวัด:

• อัตราการไหลของการรดน้ำ (แสดงบน LCD และ Serial Monitor)
• เวลาของรอบการรดน้ำ (แสดงบน LCD และ Serial Monitor)

อินเตอร์ล็อค (ระบบล็อคความปลอดภัย):

• อินเตอร์ล็อคตรวจสอบการไหลในไลน์ก่อนรับคำสั่งเปิด
• อินเตอร์ล็อคลำดับการเชื่อมต่อไฟ AC
• อินเตอร์ล็อคค่าเริ่มต้นของฟิลด์เอาต์พุต
• อินเตอร์ล็อคการรีเซ็ตฟิลด์เอาต์พุตเมื่อ Arduino Board รีเซ็ต

จำเป็นต้องกำหนดตัวแปรสำหรับโค้ด Arduino ดังนี้:

รายงานการวัด:

• อัตราการไหลของการรดน้ำ (แสดงบน LCD และ Serial Monitor)
• เวลาของรอบการรดน้ำ (แสดงบน LCD และ Serial Monitor)

ทริกเกอร์ความปลอดภัยอัตโนมัติในโปรแกรม:

• คุณภาพของสัญญาณ
• โหมดการทำงานที่ไม่ได้กำหนด
• เวลารดน้ำเกินพารามิเตอร์ที่ตั้งไว้
• กลไกหยุดทำงานฉุกเฉิน

ขั้นตอนที่ 3: การเชื่อมต่อระบบ

เชื่อมต่อและบูรณาการฮาร์ดแวร์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด ทีละอุปกรณ์ แล้วเริ่มทดสอบแบบแยกส่วน คำแนะนำด้านความปลอดภัยมีดังนี้:

• ควรล็อคไม่ให้ส่งสัญญาณไปยังสนาม - น้ำต้องไม่ไหลเปลือง
• ควรล็อคไม่ให้อุปกรณ์ AC ทำงาน - ตรวจสอบให้ชัวร์ว่ามีไฟ/ไม่มีไฟ
• ข้อความบน Serial Monitor มีประโยชน์มากสำหรับการแก้ปัญหาและวินิจฉัยข้อบกพร่อง
• การใส่ดีเลย์หลังฟังก์ชันสำคัญๆ เป็นสิ่งสำคัญเพื่อติดตามการทำงานที่ถูกต้อง
• ต้องมีแผนสำรองชัดเจนก่อนอัปโหลดซอฟต์แวร์ลง Arduino เช่น ฟิวส์ AC, กลไกตัดการเชื่อมต่อฉุกเฉิน, ถังดับเพลิง, การตรวจสอบการต่อกราวด์ และอื่นๆ อย่าประมาท สู้งานนะน้อง!

ขั้นตอนที่ 4:

• คอมไพล์และอัปโหลดโค้ดลง Arduino ไปเลยวัยรุ่น
• เอาต์พุตไปยังภาคสนามต้องถูกบล็อกไว้ก่อน - น้ำต้องไม่ไหลเปลืองสักหยด
• ข้อความใน Serial Monitor ช่วยได้เวลาตามบั๊กหรือเช็คระบบเร็วๆ
• ใส่ Delay หลังฟังก์ชันสำคัญๆ บ้าง จะได้ตามงานง่ายๆ ว่ามันทำงานถูกต้องไหม

ขั้นตอนที่ 5:

ทดสอบและปรับแต่งฮาร์ดแวร์ภาคสนาม อิเล็กทรอนิกส์ และซอฟต์แวร์

ขั้นตอนที่ 6:

มาปรับแต่ง GUI ฝั่งจอแสดงผลกัน สนุกแน่ๆ

ขั้นตอนที่ 7:

พัฒนาแอปให้รองรับจำนวนโซน (Zone) ของระบบ แล้วอัปโหลดแอปจาก Android Studio ลงสมาร์ทโฟนของเรา ในเคสนี้เรามีแค่โซนเดียวให้ควบคุม แต่มันขยายไปถึง "n" โซนได้หมดเลย

ขั้นตอนที่ 8:

ทดสอบและปรับแต่งฮาร์ดแวร์ภาคสนาม อิเล็กทรอนิกส์ และซอฟต์แวร์ เทียบกับ GUI บนสมาร์ทโฟน คราวนี้แหละของจริง