การเลือกอุปกรณ์ควบคุมเครื่องทำน้ำเย็น ไมโครคอนโทรเลอร์ในปัจจุบันมีการใช้งานหลากหลายชนิด จากการศึกษาอุปกรณ์ควบคุมและเครื่องมือที่ใช้ในการวัดสัญญาน ได้ใช้งานบอร์ดไมโครคอนโทรเลอร์ตระกูล AVR ที่มีการพัฒนาแบบ Open Source มีการเปิดเผยข้อมูลทั้งด้าน Hardware และ Software ซึ่งถูกออกแบบมาให้ใช้งานได้ง่าย ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับโครงการฯ ทั้งนี้ผู้ใช้งานยังสามารถดัดแปลง เพิ่มเติม พัฒนาต่อยอดทั้งตัวบอร์ด หรือโปรแกรมต่อได้อีกด้วย

เพื่อให้สามารถใช้งานได้ภายในโครงการและตอบสนองความต้องการของระบบได้นั้น คณะผู้วิจัยได้ศึกษาข้อมูลและจัดรูปแบบการใช้งานเครื่องมือวัดและอุปกรณ์ต่างๆ ภายในโครงการจึงมีการใช้งานดังนี้

1.1 บอร์ดควบคุมหลัก

- Arduino เป็นบอร์ดไมโครคอนโทรเลอร์ตระกูล AVR ที่มีการพัฒนาแบบ Open Source ความง่ายของบอร์ด Arduino ในการต่ออุปกรณ์เสริมต่างๆ ผู้ใช้งานสามารถต่อวงจรอิเล็กทรอนิคส์จากภายนอกแล้วเชื่อมต่อเข้ามาที่ขา I/O ของบอร์ด หรือเพื่อความสะดวกสามารถเลือกต่อกับบอร์ดเสริม (Arduino Shield) ประเภทต่างๆ เช่น Arduino XBee Shield, Arduino Relay Shield, Arduino Wireless Shield, Arduino GPRS Shield เป็นต้น มาเสียบกับบอร์ดบนบอร์ด Arduino แล้วเขียนโปรแกรมพัฒนาควบคุมเครื่องวัดสัญญานต่างๆ ได้

รูป บอร์ด Arduino

- Raspberry Pi 3 (RPi 3) Model B เป็นคอมพิวเตอร์บอร์ดเดียวที่ออกแบบและพัฒนาโดยองค์กรที่มีชื่อว่า Raspberry Pi Foundation RPi 3 มีขนาด (86mm x 56mm x 21mm) ทำให้ใช้กล่องใส่ (Case) ได้ มีความสามารถในการประมวลผลที่สูงและมีประสิทธิภาพดี (ตัวอย่างการเปรียบเทียบ เช่น A Comprehensive Raspberry Pi 3 Benchmark) เนื่องจากใช้ชิป BCM 2837 SoC ที่มีซีพียู ARM Cortex A53 ARMv8 แบบ Quad-core ขนาด 64 บิต ใช้ความถี่ที่ 1.2GHz บอร์ด RPi 3 มีหน่วยความจำ 1GB DDR3 RAM นอกจากนั้นบนบอร์ดยังมีชิปสำหรับเชื่อมต่อ Wi-Fi IEEE 802.11n และ Bluetooth 4.1, Bluetooth Low-Energy (LE) อีกด้วย

รูป Raspberry Pi 3 (RPi 3) Model B

1.2 บอร์ดเครื่องควบคุมสัญญาน

โดยใช้ NodeMCU esp8266 เป็นชิปการพัฒนาที่มีประสิทธิภาพ มึความสามารถในการรับ/ส่งข้อมูลที่ดี ด้วย GPIO และยังสามารถสื่อสารกับอุปกรณ์อื่นๆ ที่ใช้ WiFi ได้ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานของต้นแบบในแอพพลิเคชั่น

รูป บอร์ด NodeMCU esp8266

2.1 สัญญานอุณหภูมิ

เซ็นเซอร์อุณหภูมิจะเชื่อมต่อกับอินพุตแบบอนาล็อกของโมดูล WIFI ESP8266 ซึ่งจะโพสต์อุณหภูมิเป็นระยะ ๆ ไปยังโฮสติ้งที่ใช้ระบบคลาวด์ จากนั้นสามารถเข้าถึงอุณหภูมิได้จาก เว็บเซิร์ฟเวอร์ เพื่อตรวจสอบอุณหภูมิปัจจุบัน คอมโพเนนต์ที่จำเป็นคือ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ Max6675 การทำงานเว็บเซิร์ฟเวอร์ที่มีการติดตั้งสคริปต์ PHP server

รูป สัญญานอุณหภูมิ

2.2 สัญญานความชื้น

ESP8266 เก็บค่าอุณหภูมิและความชื้นโดยเซ็นเซอร์ DHT22 และการแสดงภาพเพิ่มเติมบนแผงควบคุมเว็บแบบเรียลไทม์ ข้อมูลที่รวบรวมจะถูกผลักผ่านทาง MQTT ไปยังเซิร์ฟเวอร์ เพื่อเก็บข้อมูลและแสดงภาพ จุดประสงค์คือการแสดงให้เห็นถึงการเก็บรวบรวมข้อมูลของ API และเซ็นเซอร์ DHT22 เชื่อมต่อกับ ESP8266

ESP8266 นำเสนอโซลูชั่นเครือข่าย Wi-Fi และส่งข้อมูลไปยังเซิร์ฟเวอร์ ผ่านทางโปรโตคอล MQTT โดยใช้ไลบรารี PubSubClient สำหรับ Arduino ข้อมูลจะถูกมองเห็นโดยใช้หน้าแดชบอร์ดแบบกำหนดเองที่ติดตั้งมา แอ็พพลิเคชันที่กำลังทำงานบน ESP8266 เขียนโดยใช้ Arduino SDK

รูป สัญญานความชื้น

2.3 สัญญานอัตราการไหลของน้ำ

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก มีการใช้ LDO ที่มีประสิทธิภาพ (MCP1700T-3302E) และใช้การควบคุมเป็น VCC ของ ESP8266 ควบคุมและเปิดเฉพาะเมื่อจำเป็น เนื่องจากโหลดอยู่ในระดับที่สามารถใช้ CMOS เป็นสวิตช์ได้ เพื่อให้ตรงกับระดับเอาท์พุทลอจิกของ ESP8266

รูป สัญญานอัตราการไหลของน้ำ

2.4 สัญญานไฟฟ้า

NodeMCU ESP8266 เพื่อวัดพลังงานแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟจากแหล่งจ่ายไฟ ปัจจุบัน
เป็นการใช้งานผ่านตัวนำกระแสไฟฟ้าแบบคลิปและแรงดันไฟฟ้าจะผ่านหม้อแปลงแยก วงจรแรงดันไฟฟ้ายังใช้เพื่อขับเคลื่อนระบบ โซลูชันที่เชื่อมต่อ WiFi แบบกำหนดเอง ใช้ NodeMCU ให้ฟังก์ชันการทำงานของ ไมโครคอนโทรลเลอร์และ WiFi ของ ESP8266 สามารถใช้ ADS1115 จากรูปคลื่น AC ที่ใช้ในการขับเคลื่อนระบบ เมื่อติดตั้งระบบจะทำงานดังข้างล่างนี้

รูป สัญญานไฟฟ้า