ระบบควบคุมบ้านอัจฉริยะ


ที่มาของโครงงาน

     ในช่วงปิดเทอมภาคฤดูร้อนปีการศึกษา 2555 ผู้จัดทำได้เข้าร่วมโครงการ LIL Summer Camp 2013 โดยผู้จัดทำได้มีส่วนร่วมในโครงการคิดค้นและพัฒนาระบบ Home Automation ซึ่งเป็นระบบควบคุมการเปิด-ปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน ผ่านทาง Web application เพื่อให้ผู้ที่นำระบบ Home Automation ไปใช้สามารถควบคุมการใช้ไฟฟ้าได้สะดวกสบาย และ จะทำให้ช่วยลดการใช้พลังงานไฟฟ้าภายในบ้านได้

     ผลการคิดค้นและพัฒนาทำให้ได้ ระบบ Home Automation ที่สามารถควบคุมการเปิด-ปิดระบบไฟให้แสงสว่างภายในบ้านได้ โดยระบบจะรองรับ เฉพาะอาคารที่ถูกแบบมาให้สวิตซ์ของหลอดไฟเป็นแบบ สวิตซ์ 3 ทางและเดินสายไฟของทุกสวิตซ์ไฟฟ้ามารวมกันไว้ที่จุด ๆ เดียวเพื่อต่อเชื่อมเข้ากับระบบ Home Automation ซึ่งเป็นปัญหาอย่างมากเพราะต่อเชื่อมทั้งหมดเข้ากับระบบค่อนข้างลำบากและรองรับเฉพาะอาคารที่ออกแบบมาให้เหมาะสมกับระบบเท่านั้น

     ผู้จัดทำจึงจะนำระบบนั้นมาพัฒนาต่อให้เป็นระบบไร้สาย เพื่อให้รองรับการใช้งานได้ในทุกอาคารบ้านเรือนทั่วไปที่ออกแบบระบบไฟฟ้าแบบใช้สวิตซ์ 2 ทาง และ เพิ่มความสามารถให้สามารถการเปิด-ปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สามารถควบคุมโดยรีโมทคอนโทรล เช่น แอร์ หรือ โทรทัศน์ เป็นต้น อีกทั้ง ยังมีการบันทึกประวัติการเปิด-ปิดอุปกรณ์ไฟฟ้า , มีการเก็บปริมาณการใช้พลังงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าโดยเซ็นเซอร์วัดกระแสไฟฟ้าเพื่อนำไปสรุปผล และแสดงผลในรูปแบบกราฟ นอกจากนี้ระบบยังรองรับการเชื่อมต่อกับเซนเซอร์ต่าง ๆได้โดยสามารถตรวจสอบ,บันทึกค่าเซ็นเซอร์ และนำค่าเซนเซอร์มาใช้ในการสร้างโปรแกรมอัตโนมัติเพื่อควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น การนำค่าเซนเซอร์อุณหภูมิมาใช้ในการตั้งโปรแกรมควบคุมการใช้งานเครื่องปรับอากาศโดย ถ้าตรวจสอบว่าอุณหภูมินอกบ้านน้อยกว่า 25 องศาเซลเซียส ให้ปิดเครื่องทำอากาศแล้วเปิดพัดลมแทน เป้นต้น โดยผู้ใช้สามารถสร้างโปรแกรมควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าแบบอัตโนมัติได้อย่างง่ายผ่าน Visual Programming Editor (Google blockly)

ความสามารถของระบบ 

  • ควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้า และ แสดงสถานะเปิด-ปิดของอุปกรณ์ไฟฟ้า รวมถึงติดตามค่าเซ็นเซอร์ทั้งแบบอนาล็อกและดิจิตอล ภายในระบบได้ผ่านทาง Web application
  • ควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สามรถควบคุมด้วย รีโมทคอนโทรล เช่น แอร์,ทีวี,ประตูรีโมท ได้ โดยใช้ IR Module
  • สร้างโปรแกรมควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าแบบอัตโนมัติอย่างง่ายได้ผ่าน Visual Programming Editor (Google blockly) เพื่อตอบสนองพฤติกรรมการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าของผู้ใช้ได้
  • ตรวจสอบปริมาณการใช้ไฟฟ้าภายในระบบ ที่วัดค่ามาจากเซ็นเซอร์วัดกระแสไฟฟ้า และสรุปผลออกมาในรูปแบบกราฟแบบรายชั่วโมง และ กราฟแบบสรุปผล
  • สามารถตรวจสอบประวัติการเปิด-ปิด อุปกรณ์ไฟฟ้าย้อนหลังได้
  • สามารถสร้างโปรแกรมบันทึกค่าเซ็นเซอร์ภายในระบบได้ โดยจะแสดงค่าเซ็นเซอร์ออกมาในรูปแบบกราฟ

สถาปัตยกรรมของระบบ 

 Screen Shot 2558-05-20 at 2.15.43 PM

อุปกรณ์ภายในระบบ

    Raspberry PI

     raspi

     ทำหน้าที่เป็น Webserver , Database และ รันโปรแกรม Server ของระบบ

    บอร์ด Master

Master

     ทำหน้าที่เป็นคอนโทรลเลอร์หลักของระบบ เสมือนกับเป็นบอร์ดแม่ ซึ่งใช้สั่งการบอร์ดลูก(Slave) โดยการส่งข้อมูลแบบไร้สายโดยมีระยะการส่งที่รับประกันคือ 10 เมตร และ ทำหน้าที่เก็บข้อมูลและรายงานสถานะต่างๆของบอร์ด Slave ให้แก่ RaspberryPI ผ่านพอร์ท USB (HID Protocol) เพื่อนำไปอัพเดทบน Web application

    บอร์ด Slave

slave

      ทำหน้าที่รอรับคำสั่งจากบอร์ด Master และ รายงานสถานะของตัวเองไปให้บอร์ด Master ตลอดเวลาโดยส่งข้อมูลแบบไร้สาย โดยตัวบอร์ดจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า และ เซ็นเซอร์โดยสามารถเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ได้ทั้งแบบอนาล็อก เช่น เซ็นเซอร์แสง,เซ็นเซอร์อุณหภูมิ และ แบบดิจิตอล เช่น สวิตซ์

    Current Sensor

Screen Shot 2558-05-20 at 1.35.52 PM

     เป็นเซ็นเซอร์วัดกระแสไฟฟ้า โดยมีพอร์ทเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า 2 พอร์ท วัดได้ 2 Chanel และ ส่งข้อมูลผ่าน Bus แบบ I2c

    IR Module

Screen Shot 2558-05-20 at 1.40.03 PM

     ใช้ควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สามารถควบคุมได้ด้วยรีโมทคอนโทรล เช่น แอร์ ,ทีวี โดยเป็นโมดูลที่สามารถเรียนรู้จากรีโมทคอนโทรลที่ต้องการ เช่น เมื่อต้องการควบคุมทีวีก็เพียงแค่นำรีโมทคอนโทรลของทีวีนั้นๆ ไปสอนโมดูลผ่านโปรแกรมเรียนรู้ของโมดูล จากก็จะสามารถทำงานได้เหมือนกับเป็นรีโมทคอนโทรลนั้นๆได้ โดยสามารถสั่งงานได้ผ่าน Bus แบบ I2c โดยสามารถเรียนรู้ได้สูงสุด 33 ปุ่ม

Web application 

    ควบคุมและติดตามสถานะของอุปกรณ์ไฟฟ้าและเซ็นเซอร์ภายในระบบ

web1 

     ผู้ใช้สามารถควบคุมการเปิด-ปิดอุปกรณ์ไฟฟ้า รวมถึงโชว์สถานะของอุปกรณ์ไฟฟ้า และ ค่าเซ็นเซอร์ ของ Slave ทุกตัวในระบบได้ ผ่านตัว Web application ของระบบ โดยผู้ใช้สามารถตั้งชื่อ ห้อง , โหนด ,อุปกรณ์ไฟฟ้า ได้เองในโหมดตั้งค่า

    สร้างโปรแกรมควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในระบบ

web2

   ผู้ใช้สามารถสร้างโปรแกรมควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าแบบอัตโนมัติได้ และ สั่งทำงาน,หยุดทำงาน และ โหลดโปรแกรมลงไปที่ Master ผ่าน Web application ของระบบ 

    ตรวจสอบปริมาณการใช้ไฟฟ้าภายในระบบ

web6

web5

    ผู้ใช้สามารถตรวจสอบปริมาณการใช้ไฟฟ้าที่วัดมาจากเซ็นเซอร์วัดกระแสไฟฟ้าของระบบได้โดยคำนวณออกมาเป็นหน่วย ยูนิต(Unit) โดยWeb application จะแสดงผลในรูปแบบ กราฟรายชั่วโมง และ กราฟแบบสรุปผล

    ตรวจสอบประวัติการ เปิด-ปิด อุปกรณ์ไฟฟ้าภายในระบบ

web4

    ผู้ใช้สามารถตรวจสอบประวัติการเปิด-ปิด อุปกรณ์ไฟฟ้าภายในระบบได้

    สร้างโปรแกรมบันทึกค่าเซ็นเซอร์ภายในระบบ

web3

     ผู้ใช้สามารถสร้างโปรแกรมการบันทึกค่าเซ็นเซอร์ของระบบได้ เช่น สร้างโปรแกรมการบันทึกค่าอุณหภูมิของทั้งบ้านทุกๆ 1 นาที โดยผู้ใช้สามารถเรียกดูข้อมูลได้ในรูปแบบกราฟ อีกทั้งยังสามารถ Export ไฟล์ .CSV เพื่อนำไปวิเคราะห์ข้อมูลต่อได้

วีดีโอแนะนำ

เอกสารเพิ่มเติม

Download

รายชื่อผู้จัดทำ

  • นายภาวิช วัฒนวาณิชกร 540610634

  • นายวิรุจ เกตุบำรุง 540610643