การเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อมเนี่ยสำคัญมากสำหรับหลายๆ วงการเลยนะน้อง การมีอุปกรณ์ตรวจวัดทำให้เราวิเคราะห์สภาพแวดล้อมได้ เพื่อคาดการณ์เหตุการณ์และตัดสินใจได้ดีขึ้น ตัวอย่างที่เห็นชัดๆ เลยก็คือเรื่องไฟป่านี่แหละ ที่ทำลายพื้นที่ป่าไม้และสัตว์ป่าไปหลายสิบเฮกตาร์ในแต่ละปี ส่งผลกระทบเชิงลบไปทั่วโลก และไฟป่าก็เกิดบ่อยขึ้น ลุกลามเร็วขึ้น และดับยากขึ้นทุกที

อากาศยานไร้คนขับหรือที่เรียกกันว่าโดรนเนี่ย ช่วยเพิ่มความคล่องตัวให้กับอุปกรณ์เซนเซอร์ได้ดีเลย มันบินไปจุดที่เข้าถึงยากๆ ได้ เราสามารถติดตั้งอุปกรณ์บนโดรนและเก็บข้อมูลสภาพอากาศจากระยะทางหลายกิโลเมตรได้เลย ด้วยเหตุนี้ พวกเราจึงตัดสินใจสร้างสถานีตรวจอากาศเคลื่อนที่โดยใช้โดรนขึ้นมา ด้วยสถานีนี้เราไม่เพียงแต่รู้ข้อมูลสภาพแวดล้อม แต่ยังคำนวณความเสี่ยงต่อการเกิดไฟป่าได้ทุกช่วงเวลาอีกด้วย

PROJECT

เราตัดสินใจติดตั้งอุปกรณ์เซนเซอร์บนโดรน ซึ่งเชื่อมต่อกับโมดูลประมวลผล ผ่านแพลตฟอร์มเว็บ เราสามารถดูข้อมูลอุตุนิยมวิทยาที่เก็บมาได้ รวมถึงแผนที่ที่แสดงเส้นทางของโดรนแบบ เรียลไทม์ เลยทีเดียว นอกจากนี้ยังสามารถเรียกดูประวัติทั้งหมดได้ และความเสี่ยงไฟป่าก็ถูกคำนวณในแต่ละช่วงเวลา แพลตฟอร์มนี้มีระบบยืนยันตัวตน โดยผู้ใช้ที่ล็อกอินแล้วสามารถเปลี่ยนวิธีการส่งข้อมูลจากโดรนไปยังแพลตฟอร์มได้ เช่น กำหนดส่งตามเวลาหรือตามระยะทาง แพลตฟอร์มแสดงข้อมูลผ่านกราฟเพื่อให้ตีความข้อมูลสภาพอากาศได้ง่ายและรวดเร็วยิ่งขึ้น

ข้อมูลที่สามารถดูได้มีดังนี้:

• อุณหภูมิ;
• ความชื้น;
• ความสว่าง;
• ดัชนีความร้อน (อุณหภูมิที่รู้สึก);
• ความเสี่ยงไฟป่า;
• พิกัดภูมิศาสตร์;
• วันที่และเวลา;
• แผนที่แสดงพิกัด 9 จุดล่าสุดของเส้นทางโดรน

ภาพต่อไปนี้แสดงแผนผังของต้นแบบที่พัฒนาขึ้นและเทคโนโลยีการสื่อสารที่ใช้

Aerial Environmental Telemetry Hub

โปรเจคขั้นสูงนี้ติดตั้งสถานีตรวจอากาศความแม่นยำสูงบนโดรน ทำให้สามารถเก็บข้อมูลบรรยากาศที่ความสูงและตำแหน่งต่างๆ ได้

• On-Drone Sensor Fusion Kernel: Arduino ทำหน้าที่อ่านค่าอุณหภูมิ ความชื้น และความสูง (ผ่านความกดอากาศ) และบันทึกลงการ์ด SD ด้วยอัตราการสุ่มตัวอย่าง 10Hz
• Telemetry Serial Broadcast: ส่งข้อมูลสภาพอากาศแบบเรียลไทม์กลับไปยังสถานีภาคพื้นดินผ่านลิงก์ RF 433MHz หรือ 2.4GHz ทำให้ผู้ควบคุมสามารถตรวจสอบ "เสาบรรยากาศ" จากพื้นดินได้

Efficiency

• VS Code Optimized: เฟิร์มแวร์ถูกพัฒนาบน VS Code เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของโดรน และทำให้แน่ใจว่าลูปการอ่านเซนเซอร์และการส่งข้อมูลจะไม่รบกวนการทำงานของ Flight Controller ของโดรน

PROCESSING MODULE

โมดูล DHT11, LDR และ GPS เชื่อมต่อกับ ESP8266 ที่มี Wi-Fi หรือ Arduino MKR1000 โมดูลนี้จะบันทึกข้อมูลจากเซนเซอร์ สร้างไฟล์ JSON และส่งคำขอ POST พร้อมข้อมูลสภาพอากาศไปยังแพลตฟอร์มเว็บ ผ่าน API ที่เตรียมไว้

เพื่อความสะดวกในการขนย้ายและประกอบบนโดรน อุปกรณ์ทั้งหมดถูกวางไว้ในกล่อง Raspberry Pi 4

WEB PLATFORM

เว็บไซต์อยู่บนเซิร์ฟเวอร์ที่โฮสต์โดย DigitalOcean และสามารถเข้าถึงได้ผ่าน URL ที่กำหนดไว้ แพลตฟอร์มนี้พัฒนาขึ้นโดยใช้เฟรมเวิร์ก Laravel มี API สำหรับส่งและรับข้อมูลอุตุนิยมวิทยา และมีระบบยืนยันตัวตน

ผู้ใช้ที่ล็อกอินแล้วสามารถเปลี่ยนวิธีการส่งข้อมูลจากโดรนไปยังเว็บไซต์ได้นะน้อง จะตั้งเป็นส่งตามช่วงเวลา หรือส่งตามระยะทางที่บินไปก็ได้ ตามสบายเลย

ส่วนของโดรน (DRONE)

เพื่อให้โดรนเชื่อมต่อ Wi-Fi ได้ เราก็ต้องเพิ่มฮอตสปอต 4G เข้าไปน่ะสิ อุปกรณ์ทั้งหมดถูกยึดติดกับโดรน DJI Phantom 4 บนขายึดที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์ 3D เรียบร้อย

การบินทดสอบและผลลัพธ์ (FLIGHT AND RESULTS)

ทดสอบบินในสภาพแวดล้อมควบคุมที่ Parceiros, Leiria, ประเทศโปรตุเกส งานนี้จัดเต็ม

สรุปปิดงาน (FINAL NOTES)

อุปกรณ์ชุดนี้เอาไปติดกับโดรนรุ่นไหนก็ได้นะ ใช้ได้หมด

ปัญหาหลักของโปรเจคนี้คือการสื่อสาร Wi-Fi นี่แหละ เพราะรีโมทควบคุมโดรนมันทำงานในย่านความถี่เดียวกับ Wi-Fi (ประมาณ 2.4 GHz ถึง 5.8 GHz ตามเว็บผู้ผลิต) พอโดรนบินออกห่างจากรีโมทเกินไป โมดูลประมวลผลก็จะหยุดส่งข้อมูลไปยังแพลตฟอร์มเว็บเพราะสัญญาณรบกวน ทางแก้หนึ่งคือใช้เทคโนโลยี LoRa แทน

แต่ถึงอย่างนั้น โซลูชันนี้ก็ยังช่วยให้เรารวบรวมข้อมูลสภาพอากาศในพื้นที่ที่เข้าถึงยากได้ เพราะอุปกรณ์ติดไปกับโดรน บินไปจุดที่คนหรือเครื่องจักรภาคพื้นดินไปไม่ถึง มันมีประโยชน์มากสำหรับการตรวจจับและป้องกันไฟป่านะ ข้อดีใหญ่ๆ ของโซลูชันนี้คือใช้อุปกรณ์ง่ายๆ หาได้ทั่วไป ราคาไม่แพง และเนื่องจากมันไม่ซับซ้อน ใครๆ ก็ทำโปรเจคนี้ได้ทั้งเพื่อใช้ส่วนตัวหรือใช้ทำงาน นอกจากนี้ ยังสามารถดูข้อมูลแบบเรียลไทม์ผ่านคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ หรือแท็บเล็ตใดๆ ก็ได้ ขอแค่มีอินเทอร์เน็ตนะ

งานนี้พัฒนาขึ้นภายใต้รายวิชา "Projeto Informático" ของหลักสูตรวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ ที่ ESTG of Polytechnic of Leiria ครับน้อง สู้งานนะ