กลับไปหน้ารวมไฟล์
pet-care-iot-d57db4.md

ชื่อโปรเจกต์: Pet Care IoT

เกี่ยวกับโปรเจกต์นี้

ในโปรเจกต์นี้ พี่จะพาน้องๆ ไปดูวิธีทำระบบดูแลสัตว์เลี้ยงสุดล้ำ ซึ่งเราจะได้เรียนรู้เรื่องพวกนี้กัน:

  • การสื่อสารแบบ I2C ระหว่าง Microcontroller สองตัว
  • การคุยกันผ่าน Websocket ระหว่าง Microcontroller กับ ASP.NET Core Server
  • การเชื่อมต่อระหว่าง App Android กับ Asp.Net Core Server

พี่จัดเซ็ตอุปกรณ์มาให้เลือก 2 แบบ จัดไปตามความถนัด:

  • ESP8266 และ [Arduino](https://s.shopee.co.th/7fUgFAWSki) Uno (อันนี้คือเซ็ตแรกที่พี่ทำ)
  • ESP-01 และ Arduino Nano (อันนี้คือเซ็ตที่สอง เล็กพริกขี้หนู)

โปรเจกต์นี้ประกอบไปด้วยเทคโนโลยีเทพๆ ตามนี้เลย:

  • การเชื่อมต่อแบบ Master/Slave I2C connection ระหว่าง ESP8266 กับ Arduino Uno (หรือ ESP-01 กับ Arduino Nano)
  • Xamarin.Android สำหรับทำแอป Android
  • Asp.Net Core Web API ร่วมกับ WebSocket ทำหน้าที่เป็น Middleware คอยรับส่งข้อมูลแบบ Real-time

ทางเลือกที่ 1

- เริ่มแรก พี่ลองทำแบบให้ Android คุยกับ ESP8266 ตรงๆ เลย

ข้อดี: ทำง่ายจัดๆ

ข้อเสีย: ใช้ได้แค่ตอนอยู่ที่บ้าน (Local Network เท่านั้น)

ทางเลือกที่ 2

- พี่เลยลองเปลี่ยนไปใช้ ThingSpeak ช่วย แต่บอกตรงๆ ว่าไม่ค่อยโดน เพราะมันติดเรื่องดีเลย์ 15 วินาทีของ ThingSpeak พี่อยากได้แบบกดปุ๊บติดปั๊บ ไม่ได้แค่อยากเก็บ Data อย่างเดียว

ข้อดี: สั่งงานได้ทั่วโลก

ข้อเสีย: ไม่ Real-time มันต้องรอ 15 วินาทีถึงจะอัปเดตข้อมูล พี่เซ็งตรงนี้แหละ

ทางเลือกที่ 3 (ตัวจบ)

ในเมื่อไม่ถูกใจ พี่เลยเขียน Server "Middleware" ขึ้นมาเองเลย เพื่อเชื่อม Android กับ Arduino เข้าด้วยกัน โดยใช้ ASP.NET Core ร่วมกับ Websocket แล้วเอาไป Deploy ไว้บน SmarterASP แบบฟรีๆ

ข้อดี: Real-time ของจริง สั่งงานได้จากทุกที่ทั่วโลก

ข้อเสีย: ตอนนี้ยังไม่เจอว่ะน้อง หล่อเท่เลยงานนี้

ฟีเจอร์เด็ด

โปรเจกต์นี้ทำอะไรได้บ้าง:

  • ให้อาหารสัตว์เลี้ยง (Pet feeder)
  • ระบบรดน้ำ/เติมน้ำ (Watering system)
  • เปิด-ปิดไฟ (Light)
  • สื่อสารแบบ Real-Time
  • มีรายงานผลและสถิติให้ดูด้วย

เครื่องให้อาหาร (Feeder)

ไอเดียเครื่องนี้พี่ได้แรงบันดาลใจมาจากคลิปนี้ มันใช้ [Servo](https://s.shopee.co.th/7fUgFAWSki) motor แค่ตัวเดียว ทำง่ายมากน้อง

อุปกรณ์ที่ต้องใช้:

  • S90G (Servo)
  • กล่องใส่อาหาร (เอาพวกกระบอกมันฝรั่งทอดมาทำก็ได้)
  • ฐานวางกล่องอาหารและที่ยึด S90G
  • แหล่งจ่ายไฟ 5V - พี่ใช้ Output 5V จาก Module L298N

พยายามเจาะรูให้ใหญ่หน่อยนะน้อง อาหารจะได้ไม่ติดขัด ถึงมันจะดูไม่ได้ซับซ้อนมาก แต่พอมีระบบ Monitor ผ่านแอปแล้ว ก็ถือว่าใช้งานได้ดีเลยทีเดียวแหละ เอาไว้ใช้ขัดตาทัพก่อนที่ Stepper motor จะมาส่ง

โหมดการทำงาน:

  • ตอนนี้เน้นกดมือ (Manual) ไปก่อน

NodeMcu จะรับข้อความมา แล้วประมวลผลส่งต่อไปให้ Arduino เพื่อสั่งงานอุปกรณ์

#define SERVO_PIN 3
......
//ใน setup();
servo.attach(SERVO_PIN);
servo.write(4);

ค่า '4' ตรงนี้คือค่าเริ่มต้นนะ

ส่วนตอนให้อาหารใช้ Code นี้ พี่ลองไล่ค่าดูแล้วจนได้จังหวะที่พอดี

 servo.write(180);
 delay(700);
 servo.write(4);

ระบบเติมน้ำ (Watering system)

อุปกรณ์:

  • ปั๊มน้ำ 5V DC
  • Module L298N motor driver - ต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ 12V
  • ตู้ปลาเก่าๆ
  • [Sensor](https://s.shopee.co.th/7VBG2rX65j) วัดระดับน้ำ (หรือ Soil moisture sensor ก็ได้)

พี่บอกเลยนะ เซนเซอร์ความชื้นในดินไม่ค่อยเวิร์คหรอกน้อง มันพังง่าย (Corrode) แนะนำให้ใช้ Water sensor ของจริง หรือจะทำเองแบบ DIY ก็ได้

โหมดการทำงาน:

  • Auto - ปั๊มทำงานเองถ้าน้ำลดต่ำลง และจะหยุดเมื่อน้ำเต็มชาม
  • Manual - สั่งเปิดจากแอป Android แต่พอน้ำเต็มมันจะหยุดเองโดยอัตโนมัติ (ห้ามช็อตนะตัวนี้ เซ็ตค่าดีๆ)
  • ถ้าจะถ่ายน้ำออกจากถัง ก็แค่ดึง Sensor ออกจากชาม

NodeMcu จะรอรับคำสั่ง แล้วส่งต่อให้ Arduino จัดการเหมือนเดิม

ค่าระดับน้ำจะส่งจาก Arduino ไปยัง NodeMcu ทุกๆ 2 วินาที

ประกาศ Pins ด้านบน:

#define enA  9
#define in1  8
#define in2  7

แล้วเซ็ตเป็น Output ให้หมด พร้อมสั่ง LOW ไว้ก่อน:

pinMode(enA, OUTPUT);
pinMode(in1, OUTPUT);
pinMode(in2, OUTPUT);
digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, LOW);
digitalWrite(LIGHT_PIN, LOW);

ตัวอย่าง Code 

// อัดความเร็วเต็มสูบ
analogWrite(enA, 255);    
// เริ่มการทำงาน
digitalWrite(in1, HIGH);
digitalWrite(in2, LOW);
int sensorLevel = analogRead(A3); 
// ปล่อยรันไปจนกว่าน้ำจะเต็ม
while(sensorLevel >= WATER_LEVEL_HIGH)
{
   sensorLevel=analogRead(A3);
   delay(150);
}
// พอเต็มแล้วก็หยุดสิครับ
digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, LOW);

ระบบไฟ (Light)

อุปกรณ์:

  • [Relay](https://s.shopee.co.th/3fyXTmWPbL) 5V
  • หลอดไฟ 220V

สารภาพตามตรง อันนี้ไม่เกี่ยวกับสัตว์เลี้ยงเท่าไหร่หรอก แต่มันช่วยให้ชีวิตพี่สบายขึ้น ไม่ต้องลุกไปปิดไฟก่อนนอนไงล่ะน้อง!

NodeMcu รับเรื่องมา แล้วส่งต่อให้ Arduino สับ Relay ให้ จบๆ ไป

I2C (การเชื่อมต่อแบบ Master/Slave)

I2C คือโปรโตคอลการสื่อสารแบบ Serial หรือจะเรียกว่า TWI (Two-wire interface) ก็ได้ เพราะมันใช้สายแค่ 2 เส้นเอง คือ SDA (Data) และ SCL (Clock)

แผนผังการเชื่อมต่อระหว่าง NodeMCU และ Arduino Uno

I2CAddressESPWifi ต้องกำหนดให้ตรงกันทั้งสองฝั่งนะ (ในที่นี้คือเลข 8) เป็นส่วนสำคัญของโปรโตคอลเลย ----> #define I2CAddressESPWifi 8

- Library ที่ใช้: "Wire.h"

ฝั่ง Esp8266

- ในฟังก์ชัน Setup():

Wire.begin(D1, D2); // หรือ Wire.begin(0,2) ถ้าใช้ ESP-01

- การส่งข้อมูลไปหา Arduino

Wire.beginTransmission(I2CAddressESPWifi);
Wire.write("ส่งข้อความอะไรไปก็ได้");
Wire.endTransmission();

ฝั่ง Arduino

- ในฟังก์ชัน Setup():

Wire.begin(I2CAddressESPWifi);
Wire.onReceive(espWifiReceiveEvent);
Wire.onRequest(espWifiRequestEvent);
......
void espWifiReceiveEvent(int count) 
{ 
// ทำอะไรบางอย่างเมื่อได้รับข้อมูล
}
void espWifiRequestEvent(){
    Wire.write("ส่งข้อมูลกลับไปให้ ESP");
}

ระบบการสื่อสาร (Communication)

ลำดับการรับส่งข้อมูล (Communication flow)

ระบบนี้แบ่งการคุยออกเป็น 3 ส่วน:

1. Client 1 (Android หรือ PC) - ส่งคำสั่งผ่าน Middleware ไปหา ESP8266 และ Arduino

2. Middleware (แอป Asp.Net Core ที่มี Websockets) - เป็นจุดศูนย์กลางคอยกระจายข้อความแบบ Real-time และเก็บประวัติลง Database

3. Client 2 (ESP8266 และ Arduino) - คอยรับคำสั่งจาก Client 1 และส่งค่าจาก Sensor กลับไปเป็นระยะๆ

ตัว Client 1 และ Server เขียนด้วย C# ส่วน Client 2 ก็คือ Code ของ Arduino และ ESP8266 นั่นแหละ

Sketch ของ ESP8266 พี่ใช้ Library ตัวนี้ (WebSockets_Generic) ในนั้นมีตัวอย่างการใช้ดีมาก ลองไปแกะดู

ในโปรเจกต์นี้ พี่สร้าง Object WebSocket ขึ้นมาโดยระบุ IP และ Port ของ Server ใน Code Arduino เราไม่ต้องใส่ "ws://" นำหน้านะ ใส่แค่ Address ไปเลย

ฝั่ง ESP8266

// ตัวแปร Global
WebSocketsClient webSocket;
IPAddress serverIP(192, 168, 0, 1);

สั่งเริ่มทำงาน WebSocket ใน Setup หลังจากต่อ WiFi เสร็จ เราสามารถตั้งค่า Header, ระยะเวลา Reconnect หรือทำ Heartbeat ก็ได้นะ

 // ใส่ token ใน header สักหน่อย
 webSocket.setExtraHeaders(token.c_str());
 // เริ่มลุย!
 webSocket.begin(serverIP, 61955, "/");
 // จัดการ Event หลัก
 webSocket.onEvent(webSocketEvent); 
 // ถ้าหลุด ให้ลองต่อใหม่ทุก 15 วินาที
webSocket.setReconnectInterval(15000); 
 // ตั้งค่า Heartbeat (เผื่อไว้)
 // Ping server ทุก 60 วินาที
 // รอ Pong กลับมาภายใน 10 วินาที
 // ถ้า Pong ไม่มา 2 รอบติด ถือว่าเน็ตบิน
webSocket.enableHeartbeat(60000, 10000, 2);

webSocketEvent คือพระเอกที่คอยจัดการเหตุการณ์ต่างๆ ทั้งตอนต่อติด ตอนหลุด หรือตอนที่มีข้อมูลวิ่งเข้ามา

void webSocketEvent(WStype_t type, uint8_t * payload, size_t length){
 switch (type){
 case WStype_DISCONNECTED:
   if (alreadyConnected)
   {
     Serial.println("หลุดแล้วว่ะน้อง!");
     alreadyConnected = false;
   }   
   break;
 case WStype_CONNECTED:
   {
     alreadyConnected = true;  
     Serial.print("เชื่อมต่อ Websocket สำเร็จ!");
   }
   break;
 case WStype_TEXT:
   processPayload((char *) payload);
   break;
 case WStype_PING:
   Serial.printf("[WSc] get ping\
");
   break;
 case WStype_PONG:
   Serial.printf("[WSc] get pong\
");
   break;
 default:
   break;
 }
}

สังเกตนะน้อง พี่เอาข้อมูลไปจัดการต่อที่ case WStype_TEXT

โดยแยกประเภทของข้อความตามนี้:

void processPayload(char * payload){
 StaticJsonDocument<300> doc;
 String jsonObject = String(payload);
 auto error = deserializeJson(doc, jsonObject);
 if (error) {
   Serial.println("ถอดรหัส JSON พลาดว่ะ");
   return;
 }
 int messageType = doc["Type"];
 writeToArduino(messageType);      
 readFromArduino(doc);  
}

สองฟังก์ชันนี้จะใช้ Wire.h เพื่อสั่งงาน Arduino และรับผลลัพธ์กลับมา

ฝั่ง Arduino

เป็นโค้ดคุม Motor และ Relay พื้นฐานเลยน้อง แต่เพราะใช้ Wire.h เลยต้องมี Event 2 ตัวคือ Received (รับข้อมูล) และ Request (เมื่อโดนขอข้อมูล)

ใน Received พี่จะตั้ง Flag ไว้ว่าจะเปิด Motor หรือ Relay แล้วค่อยไปเช็ค Flag ใน Loop ถ้าเป็น True ก็สั่งลุย!

void espWifiReceiveEvent(int count){
 byte value;
 value = Wire.read();    
 process(value);
}
void  process(int messageType){
 if(messageType == (int)LIGHT_ON)
 {
   digitalWrite(LIGHT_PIN, HIGH);
   waitingForResponse = true;
 }
 else if(messageType == (int)LIGHT_OFF)
 {
   digitalWrite(LIGHT_PIN, LOW);
   waitingForResponse = true;
 }     
 else if(messageType == (int)FEEDER_START)
 {
   servoState = true;
 }
 else if(messageType == (int)PUMP_START)
 {
   pumpState = true;
 }
 else if(messageType == (int)GET_VALUES)
 {
   requestType = (int)GET_VALUES;       
 }
}

ส่วน Flag สำหรับ Request จะถูกตั้งไว้เมื่องานเสร็จ พอฝั่ง Master (ESP) ร้องขอข้อมูลมา พี่ก็จะส่งค่ากลับไปตาม Flag พวกนั้น

void espWifiRequestEvent(){
 if(waitingForResponse)
 {
   Wire.write(DONE);
   waitingForResponse = false;
 }
 else if(requestType == (int)GET_VALUES)
 {
   Wire.write(sensor);              // ส่ง 8 บิตล่าง
   Wire.write((sensor >> 8));   // ส่ง 8 บิตบน
 }
 else
 {
   -1;
 }    
}

แอป Android และ Web application

ไปดู Code ส่วนของ Android และ Web ได้ที่ส่วน Code เลย พี่เขียน Comment อธิบายไว้ให้แล้ว น้องๆ เอาไปปรับแก้ตามที่ต้องการได้เลยนะ

โปรเจกต์ที่เสร็จสมบูรณ์

รายละเอียดทางเทคนิคเพิ่มเติม

การจัดการสุขภาพสัตว์เลี้ยงจากระยะไกล

Pet Care IoT คือระบบบูรณาการที่ออกแบบมาเพื่อให้แน่ใจว่าสัตว์เลี้ยงของคุณจะอิ่มท้องและอยู่ในสายตาตลอดเวลาแม้ตอนคุณไม่อยู่บ้าน

  • ตารางการให้อาหารอัตโนมัติ: ใช้ stepper motor-driven auger ในการจ่ายอาหารแห้งตามน้ำหนักที่แม่นยำ โดย Arduino จะคอยตรวจสอบ "Portion Size" เพื่อให้ตรงตามความต้องการด้านโภชนาการที่ตั้งไว้
  • การตรวจสอบสภาพแวดล้อม: ตรวจสอบผ่าน SmarterAsp.net cloud interface โดยระบบจะติดตามอุณหภูมิห้องและระดับน้ำในชาม เพื่อให้มั่นใจว่าสัตว์เลี้ยงของคุณอยู่ในสภาพแวดล้อมที่สบายที่สุด

การโต้ตอบกับเจ้าของ

  • Web-Service Dashboard: พัฒนาด้วย Visual Studio 2017 พอร์ทัลเว็บช่วยให้เจ้าของสามารถสั่ง "Manual Treat" (ให้รางวัล) และดู Log แบบ Real-time ได้ว่าสัตว์เลี้ยงกินอาหารครั้งล่าสุดเมื่อไหร่ เพื่อความสบายใจผ่าน Link ที่โฮสต์อยู่บน Cloud อย่างปลอดภัย สู้งานนะน้อง!

ข้อมูล Frontmatter ดั้งเดิม 

title: "Pet Care IoT"
description: "Take care of your pet from anywhere in world in a real-time with Arduino, Android and and ASP. NET Core."
author: "sadreactonly"
category: ""
tags:
  - "iot"
  - "home automation"
  - "communication"
  - "pets"
views: 3649
likes: 1
price: 299
difficulty: "Intermediate"
components:
  - "1x 12V power suply"
  - "1x Arduino Nano R3"
  - "1x Dual H-Bridge motor drivers L298"
  - "1x ESP8266 ESP-01"
  - "2x 5V 2.5A Switching Power Supply"
  - "1x Relay Module (Generic)"
  - "1x DC motor (generic)"
  - "1x NodeMCU ESP8266 Breakout Board"
  - "1x Jumper wires (generic)"
  - "1x Arduino UNO"
  - "1x SG90 Micro-servo motor"
tools: []
apps:
  - "1x SmarterAsp.net"
  - "1x Arduino IDE"
  - "1x Visual Studio 2017"
downloadableFiles:
  - "https://github.com/sadreactonly/PetCareIoT"
  - "https://github.com/sadreactonly/PetCareIoT"
documentationLinks: []
passwordHash: "a2b4826816db1faf663a898b390e8269db8cd363d36c3b19ecfda261b075ddfb"
encryptedPayload: "U2FsdGVkX19WrsEp/ueo44wIOdHI/zN5jjtLivpv3+A3fzt97TJoN8+OtH6z2cWLBN2W3zEW/me6VxckYqbqzv6y3kT2tFfzwzPfgU2jj6HfsoaqUPUYLrsCpfULUEx6oumBCEasZ3ATNRxubeiuYg=="
seoDescription: "Manage pet care globally in real-time with the Pet Care IoT project using Arduino, Android, and ASP. NET Core."
videoLinks: []
heroImage: "https://cdn.jsdelivr.net/gh/bigboxthailand/arduino-assets@main/images/projects/pet-care-iot-d57db4_cover.jpg"
lang: "th"