การออกแบบระบบควบคุม IOT ตอนที่ 3 – Main Board

ไอโอทีเส้นทางสู่เมืองอัจฉริยะ

Created with Sketch.

การออกแบบระบบควบคุม IOT ตอนที่ 3 – Main Board

จาก 2 ตอนก่อนที่ผ่านมาเราได้กล่าวถึงภาพรวมของระบบในตอนที่ 1 และ เรื่องของเซนเซอร์ในตอนที่ 2 และตอนที่ นี้เราจะคุยกันเรื่อง Main Board ซึ่งหมายถึงแผงวงจรรวม และเป็นที่อยู่ขององค์ประกอบาำคัญคือ MCU Relay Terminal ของเซนเซอร์ต่างๆ เป็นต้น โดยเรามีตัวอย่าง MainBoard ของจริง ดังรูป

ในการออกแบบ Mainboard เริ่มต้นจะต้องได้ข้อมูลเรื่อง ความต้องการจำนวนเซนเซอร์ว่ามีมากแค่ไหน เช่น 4 รายการ 8 รายการ หรือ 10 รายการ รวมทั้งจะต้องทราบว่าเซนเซอร์เหล่านั้นมี การสื่อสารแบบใด เช่น RS485 หรือ I2C โดยเราจะมาสมมุติระบบเราดังนี้

  1. วัดอากาศในฟาร์ฒด้วย AM2315 ซึ่งมีการสื่อสาร I2C (SDA, SCL,Vcc, GND)
  2. เครื่องวัดความช้นดินแบบ RS485 (A,B,Vdc,GND) โดย Vdc ต้องการ 12-24 Vdc
  3. เครื่องวัด NPK แบบ RS485 (A,B,Vdc, GND) โดย Vdc ต้องการ 5Vdc
  4. วัด pH แบบ Analog
  5. วัด EC แบบ Analog
  6. วัดอัตราการไหลด้วย Interrupt
  7. วัดระดับน้ำ สูง ต่ำ ปานกลาง 3 ระดับ ใช้ DI – 3 จุด
  8. Relay ควบคุมอุปกรณ์ 6 ตัว ใช้ไฟฟ้า 220 Vac 2 ตัว ใช้ DC 12 V = 2 ตัว และ เปิดวาล์วน้ำ 2 ตัว ใช้ไฟ 12 Vdc
  9. ต้องการวัดการใช้ไฟฟ้า เพื่อศึกษาเรื่องต้นทุนการผลิตของฟาร์ม และแจ้งเตือนกรณีไฟฟ้าดับ
  10. จุดติดตั้งห่างจากตัวบ้าน ไม่ไกลนักราวๆ ราว 30 เมตร มีสัญญาณ WiFi ส่งถึง

…..

จากรายการความต้องการข้างบน จะเห็นว่า MainBoard ของเราจะต้องมี

  1. RS485 1 port โดยสามารถต่อเซนเซอร์ร่วมกันได้ 2 ตัว
  2. I2C 1 Port
  3. AI 2 port
  4. INT 1 port
  5. DI input 3 port
  6. DI Output for Relay 6 port
  7. PZEM สำหรับการวัดไฟฟ้า ต้องการ 2 DI Input
  8. ต้องสามารถส่งสื่อสารด้วย WiFi ได้ และหาก WiFi ขัดข้องระบบจะต้องทำงานต่อได้ การสื่อสาร WiFi ทำให้ต้องเลือกใช้ ESP8266, ESP32 หรือ Heltec LoRa esp32
  9. เนื่องจาก ESP มีความสามารถเรื่อง Input Output ที่จำกัด ดังนั้นจำเป็นจะต้องมีการขยายพอร์ต ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้ชิปขยายพอร์ต แต่ในกรณีน้เราจะใช้ บอร์ด ATMega2560 Pro มาเชื่อมต่อ Serial กับ Heltec LoRa esp32 ซึ่งจะทำให้ MainBoard ได้องค์ประกอบที่ต้องการทั้งหมด และสามารถเพิ่ม Relay ไว้เป็นตัวสำรองอีกจำนวนหนึ่ง
  10. แฟล่งจ่ายไฟฟ้า เราจะใช้ 220 Vac และออกแบบบอร์ดให้รับ 12 Vdc จาก Solar ได้เช่นกัน และในบอร์ดจะมีการลดแรงดันเป็น 5 Vdc, 3 Vdc สำหรับเซนเซอร์ต่าง ๆ
  11. และมี Power Supply 12 Vdc 5 Amp สำหรับจ่ายปั๊ม อุปกรณ์ 12 Vdc ได้

ก่อนอื่น เพื่อให้แน่ใจว่าบอร์ดที่เราจะสั่งทำให้แข็งแรงเรียบร้อย หรือ จำหน่ายให้บริการแก่ผู้สนใจนั้นมันทำงานได้จริง ก็จะต้องทำการทดลองประกอบบอร์ด โดยเฉพาะการสื่อสาร ระหว่าง Heltec LoRa esp32 กับ ATMegaPro นั้นทำงานได้จริง และ HeltecLoRa ยังจะต้องสามารถส่ง WiFi ได้ด้วย และเราก็ได้ทำการทดสอบเป็นที่เรียบร้อย จึงนำมาเผยแพร่กัน

นอกจากจะตอบโจทย์ความต้องการข้างต้นแล้ว เรายังได้เพิ่มเติมอุปกรณ์การเชื่อมต่อแบบ Lan Port และ RS232 เอาไว้ด้วย สำหรับการประกอบบอร์ดใช้ในงานห้องแลป และการเชื่อมต่อโดยตรงกับ PC อีกด้วย