Smart Green House


ระบบ Smart Green House มีจุดประสงค์เพื่อพัฒนาเท็คโนโลยีที่สามารถตอบความต้องการด้านระบบควบคุมอัตโนมัติของเกษตรกรที่เพาะพืชในโรงเรือน ไม่ว่าจะเป็นการควบุคมการให้สารอาหาร การวัดสภาวะแวดล้อมในโรงเรือน หรือการติดต่อสื่อสารกับเกษตรกร เป็นเทคโนโลยีที่ออกแบบในประเทศและสามารถตอบสนองบริบทการเพาะปลูกของเกษตรกรไทยในภูมิสังคมของไทยได้

ระบบควบคุมสำหรับโรงเพาะเห็ด

โรงเพาะเห็นประกอบไปด้วยหัวผลิตละอองน้ำเพื่อสร้างความชื้นซึ่งขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ 12VDC นอกจากนั้นยังมีเซ็นเซอร์วัความชื้นและอุณหภูมิภายในโรงเรือนเพื่อใช้วิเคราะห์คุณภาพของสภาพแวดล้อม

ระบบควบคุมสามารถทำงานได้สองรูปแบบ คือ

1. ระบบโรงเดี่ยว

ระบบประกอบไปด้วยส่วนต่างๆ ดังนี้

system diagram single node

Central Control

มีคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก Raspberry Pi เป็นองค์ประกอบหลัก โดยคอยทำหน้าที่ดังนี้

  • รับคำสั่งควบคุมของผู้ใช้จากอินเทอร์เน็ต (ผ่านทาง LAN หรือเครือข่าย 3G)
  • ควบคุมการทำงานของส่วน Openration Node ทั้งหมด

นอกจากนั้นยังมี Interface Board ที่ทำหน้าที่ติดต่อสื่อสารกับบอร์ดลูกหรือ Operation Node ผ่านทางระบบสื่อสารข้อมูล Mod Bus

Operation Node

เป็นบอร์ดที่คอยรับคำสั่งเพื่อทำงานต่อไปนี้

  • ควบคุมไฟ 12VDC (มอเตอร์เครื่องสร้างละอองน้ำ) มีสองช่องควบคุมได้อิสระ
  • ควบคุมไฟ 220VAC ( มอเตอร์ปั๊มน้ำ) มีสองช่องควบคุมได้อิสระ
  • อ่านค่าเซ็นเซอร์รายงานไปยัง Central Control โดยต่อเซ็นเซอร์อะนาล๊อกได้ 4 ช่อง และ digital sensor ได้ 1 ช่อง

การใช้งาน

ในทางปฏิบัติ Central Control กับ Operation Node สามารถรวมอยู่ในกล่องควบคุมเดียวกันได้ และใช้แหล่งจ่ายไฟร่วมกัน แต่หากต้องการแยกทั้งสองส่วนออกจากกัน เช่น ต้องการเก็บเครื่อง Raspberry Pi ไว้ในอาคารและเชื่อมต่อเครือข่ายผ่านสาย LAN ก็สามารถลากสายเชื่อมอุปกรณ์ทั้งสองได้ โดยใช้สาย CAT5e ระยะทางไม่เกิน 300-1000 เมตร

 

2. โรงเรือนแบบกระจาย

Central Control สามารถต่อเชื่อมกับ operation node ได้สูงสุด 32 โหนด จึงสามารถควบคุมโรงเรือนเป็นชุดได้ดังแผนภาพต่อไปนี้

system diagram multi node

โหนด Operation ทุกตัวมีคุณสมบัติเหมือนกัน และต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้

  • ทุกโหนดมีแหล่งจ่ายไฟ 220VAC และ 12VDC 3.5A เป็นของตนเองเพื่อใช้ขับมอเตอร์
  • สายสัญญาณที่ใช้เชื่อมโหนดทั้งหมดรวมกันต้องอยู่ในระยะที่กำหนด (ไม่เกิน 300-1000 เมตร)

 

การติดต่อกับระบบ Web Interface

โครงสร้างของระบบ Web Interface เป็นดังนี้

communication structure

การสื่อสารระหว่างระบบควบคุมโรงเรือนกับ Web Interface จะใช้วิธี Asymmetric Buffer Synchronization คือ จะมี buffer สองชุดดังต่อไปนี้

  • Cฺommand Buffer [N1] – เป็น Buffer ขนาด N1 ช่อง ใช้ส่งคำสั่งจาก Web Interface มายังระบบควบคุมโรงเรือน
  • Report Buffer [N2] – เป็น Buffer ขนาด N2 ช่อง ระบบควบคุมโรงเรือนจะใช้รายงานผลต่างๆ ไปยัง Web Interface

ทุกๆ คาบการทำงานที่กำหนดไว้ (เช่นทุกๆ 30 วินาที) ระบบควบคุมโรงเรือนจะทำการส่งค่า Report Buffer ซึ่งจะประกอบไปด้วยค่าเซ็นเซอร์, สถานะของระบบ, ฯลฯ ไปยังฐานข้อมูลในอินเทอร์เน็ตและในขณะเดียวกันก็จะอ่านค่า Command Buffer ซึ่งประกอบไปด้วยคำสั่งจาก web interface มาพิจารณาว่าจะต้องทำงานอะไรบ้าง

ตัวอย่างโครงสร้างของ Buffer ทั้งสองได้แก่

Command Buffer

[0] = Time Stamp ของคำสั่ง
[1] = คำสั่งควบคุม output port 0 โดยกำหนดว่าค่า 0 = ปิด, 1 = เปิด
[2] = คำสั่งควบคุม output port 1 โดยกำหนดว่าค่า 0 = ปิด, 1 = เปิด
[3] = คำสั่งควบคุม output port 2 โดยกำหนดว่าค่า 0 = ปิด, 1 = เปิด
[4] = คำสั่งควบคุม output port 3 โดยกำหนดว่าค่า 0 = ปิด, 1 = เปิด
[5] = ระบุความประสงค์ตั้งคาบการทำงานของ port 0 (0 = ไม่ประสงค์, 1 = ประสงค์)
[6] = parameter ของคำสั่งตั้งคาบ port 0 (หน่วยเป็นวินาที)
[7] = ระบุความประสงค์ตั้งวัฎจักรหน้าที่ (Duty Cycle) ของ port 0 (0 = ไม่ประสงค์, 1 = ประสงค์)
[8] = parameter ของคำสั่งตั้งวัฎจักรหน้าที่ (ค่า 0-100%)

ฯลฯ

Report Buffer

[0] = Time Stamp ของ Report
[1] = ค่าอุณหภูมิ
[2] = ค่าความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศ
[3] = ค่า Analog sensor 1
[4] = ค่า Analog sensor 2
[5] = ค่า Analog sensor 3
[6] = ค่า Analog sensor 4
ฯลฯ

ดังนั้นหาก web interface ต้องการสั่งเปิด output port 0 ก็ทำได้โดยเขียนค่า 1 ลงไปใน command buffer ตำแหน่งที่ 1 และหลังจากนั้นเป็นเวลาไม่เกินคาบการทำงานที่กำหนดไว้ ระบบควบคุมโรงเรือนก็จะเข้ามาอ่าน buffer นี้และทำงานตามคำสั่งดังกล่าว ในลักษณะเดียวกันหาก web interface ต้องการทราบค่าความชื้น ณ ขณะนั้น ก็สามารถอ่านได้จาก Report Buffer ตำแหน่งที่ 2