โครงงานเครื่องรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ (งานที่ 6)
โครงงานเครื่องรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ
Contents [show]
ที่มาและความเป็นมาของโครงงาน
ต้นไม้และพืชต่างๆต้องการน้ำ ซึ่งน้ำเป็นปัจจัยที่สำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืช โดยถ้าพืชนั้นได้รับน้ำมาเกินไปก็จะทำให้พืชนั้นตายได้ หรือถ้าหากพืชนั้นได้รับน้ำที่น้อยเกินไปก็จะทำให้พืชนั้นไม่เจริญเติบโต รวมถึงการออกดอก ออกผล ที่ไม่เป็นไปตามเป้าหมาย การรดน้ำต้นไม้ให้ถูกวิธี ไม้ประดับหรือพืชต่างๆ จึงจะเจริญเติบโตนั้นก็จะมีปัจจัยที่สำคัญอยู่หลายปัจจัยที่จะนำมาเป็นเงื่อนไขในการรดน้ำต้นไม้ในที่นี่ได้นำเอา ความชื้นในดิน มาทำการพิจารณาในการรดน้ำต้นไม้
ในปัจจุบันเทคโนโลยีมีบทบาทสำคัญอย่างมากในการดำเนินชีวิต ในส่วนของการอำนวยความสะดวกสบาย ทั้งนี้ทางผู้จัดทำก็ได้เล็งเห็นการประยุกต์ใช้ การควบคุมระบบด้วย Microcontroller โดยนำมาเป็นตัวประมวลผล สั่งการให้มีการรดน้ำต้นไม้ ด้วยการพิจารณาจากความชื้นที่มีอยู่ในดิน และเมื่อค่าความชื้นในดินลดน้อยลงถึงเกณฑ์ที่ตั้งไว้ ก็จะทำให้ Microcontroller สั่งการให้ Solenoid valve ทำงานเพื่อส่งจ่ายน้ำไปยังต้นไม้นั้นเอง และเมื่อทำการส่งจ่ายน้ำได้ถึงตามปริมาณที่ได้ตั้งค่าไว้แล้ว Microcontroller ก็สั่งการให้หยุดจ่ายน้ำ
ในที่นี่ได้นำเอา Microcontroller STM32F4 มาเป็นตัวประมวลผล และในส่วนของอุปกรณ์ตรวจวัดค่าความชื้นนั้นได้นำเอา เซนเซอร์วัดความชื้นในดิน มาใช้งานโดยค่าความชื้นในดินนั้นจะส่งขอมูลออกมาในรูปแบบของสัญญาณแรงดันไฟฟ้า แบบอนาล็อก โดยมีค่าแรงดันตั้งแต่ 0V – 3.3 V และนำเอาจอแสดงผล แบบ LCD มาใช้แสดงค่าความชื้น และค่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้จากเซนเซอร์วัดความชื้นในดิน ในส่วนสุดท้ายคือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ ปิด-เปิด การส่งจ่ายน้ำไปยังต้นไม้คือ Solenoid valve
คุณสมบัติการทำงานของโครงงาน
- สามารถกำหนดค่าความชื้นในดิน ที่จะเป็นเกณฑ์ให้เครื่องรดน้ำต้นไม้ทำการส่งจ่ายน้ำไปยังต้นไม้ได้
- สามารถกำหนดปริมาณน้ำ (หน่วยเป็นลิตร) ที่จะส่งจ่ายไปยังต้นไม้ได้
- บอร์ดขับ Solenoid valve ใช้กับ Solenoid valve กระแสตรงแรงดันไฟฟ้า 12 – 24 V กระแส 8 A
- ค่าความชื้นในดินสามารถวัดได้ตั้งแต่ 0%-100%
หลักการทำงานของเซนเซอร์วัดความชื้นในดิน
ในการวัดค่าความชื้นในดินนั้น จะต้องนำเอาแท่งอิเล็กโทรดปักลงไปในดินที่ต้องการวัดซึ่งก็จะสามารถอ่านค่าความชื้นของดินได้ หลักการ คือ การวัดค่าความต้านทานระหว่างอิเล็กโทรด 2 ข้างในรูปดังนี้
ในกรณีที่อ่านค่าความต้านทานได้น้อย ก็แปลว่ามีความชื้นในดินมาก หรือดินชุ่มชื้นไม่ต้องรดน้ำ ในกรณีที่อ่านค่าความต้านทานได้มาก ก็แปลว่ามีความชื้นในดินน้อย หรือดินแห้งอาจจะต้องรดน้ำ
ในส่วนของ Soil moisture sensor module นี้สามารถให้ค่าได้ 2 แบบ
ในส่วนของ Soil moisture sensor module นี้สามารถให้ค่าได้ 2 แบบ
- อ่านค่าเป็นแบบ Analog หมายถึงอ่านค่าความชื่นและให้ค่าตั้งแต่ 0 ถึง 1024
- อ่านค่าเป็นแบบ Digital โดยเปรียบเทียบกับค่าที่ตั้งไว้ ถ้ามากกว่าก็ให้ logic HIGH ถ้าต่ำกว่าก็ LOW
จากนั้นค่าที่อ่านได้ก็จะเอาป้อนให้กับวงจรเปรียบเทียบแรงดัน IC LM393 (DUAL DIFFERENTIAL COMPARATORS) โดยตั้งค่าได้จาก Variable Resistor ซึ่งเป็นการปรับค่าแรงดันที่ใช้ในการเปรียบเทียบ
หลักการทำงานของโซลินอยด์วาล์ว(Solenoid valve)
โซลินอยด์ (Solenoid) เป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง ที่มีหลักการทำงานคล้ายกับรีเลย์(Relay) ภายในโครงสร้างของโซลินอยด์จะประกอบด้วยขดลวดที่พันอยู่รอบแท่งเหล็กที่ภายในประกอบด้วยแม่เหล็กชุดบนกับชุดล่าง เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดที่พันรอบแท่งเหล็ก ทำให้แท่งเหล็กชุดล่างมีอำนาจแม่เหล็กดึงแท่งเหล็กชุดบนลงมาสัมผัสกันทำให้ครบวงจรทำงาน เมื่อวงจรถูกตัดกระแสไฟฟ้าทำให้แท่งเหล็กส่วนล่างหมดอำนาจแม่เหล็ก สปริงก็จะดันแท่งเหล็กส่วนบนกลับสู่ตำแหน่งปกติ จากหลักการดังกล่าวของโซลินอยด์ก็จะนำมาใช้ในการเลื่อนลิ้นวาล์วของระบบนิวแมติกส์ การปิด-เปิดการจ่ายน้ำหรือของเหลวอื่นๆ โครงสร้างของ Solenoid โดยทั่วไปแบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ เลื่อนวาล์วด้วยโซลินอยด์วาล์วกลับด้วยสปริง (Single Solenoid Valve) และเลื่อนวาล์วด้วยโซลินอยด์วาล์วกลับด้วยโซลินอยด์วาล์ว (Double Solenoid Valve) ในที่นี้ใช้แบบ เลื่อนวาล์วด้วยโซลินอยด์วาล์วกลับด้วยสปริง (Single Solenoid Valve)
วงจรการต่อวงจรที่สมบูรณ์ของโครงงานเครื่องรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ
การต่อวงจรสมบูรณ์นั้นจะมีทั้งวงจรและอุปกรณ์ทำงานดังนี้คือ
หมายเลข 1 คือ จอ LCD ทำหน้าที่แสดงค่าความชื้นที่วัดได้ในดิน และค่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้จาก เซนเซอร์วัดความชื้นในดิน โดยต้องต่อแหล่งจ่ายขนาด +5 VDC และต่อขาของจอ LCD ให้ตรงตาม Schematics ด้วย
จอ LCD ถึงจะสามารถแสดงผลได้
จอ LCD ถึงจะสามารถแสดงผลได้
หมายเลข 2 คือ บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32F4-DISCOVERY ทำหน้าที่เป็นตัวประมวลผลโดยรับ สัญญาณ INPUT ซึ่งจะนำข้อมูลที่ได้มาทำการประมวลผล และส่งสัญญาณ OUTPUT เพื่อทำการส่งจ่ายน้ำไปยังต้นไม้ และยังมีการต่อวงจรแปลงแรงดันไฟฟ้าจาก +12 VDC ให้เหลือ +5 VDC เพื่อนำไปเป็นแหล่งจ่ายให้กับ บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32F4-DISCOVERY โดยจะต้องทำการต่อขาให้ตรงตาม Schematics จะมีทั้งส่วนของการรับ INPUT จากเซนเซอร์วัดความชื้นในดิน ส่วนของ OUTPUT ที่ต่อไปยังจอแสดงผล LCD และส่วนของ OUTPUT ที่ควบคุม Solenoid valve
หมายเลข 3 คือ บอร์ดไดร์ Solenoid valve สามารถต่อใช้งาน Solenoid valve ขนาดแรงดัน 12-24 VDC
กระแสไม่เกิน 8 A โดยวงจรนั้นจะใช้อุปกรณ์ Opto-coupler (เบอร์ TL250) ทำหน้าที่เป็นตัวแยกกราวด์ระหว่าง ภาคควบคุม คือ ไมโครคอนโทรลเลอร์ และภาคกำลัง คือ ชุดไดร์ Solenoid valve เพื่อสร้างความปลอดภัยในการใช้งาน และใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังคือ MOSFET (IRF840) เป็นตัวปิด-เปิดการทำงานของ Solenoid valve โดยจะต้องต่อแหล่งจ่าย +12 VDC และต่อขาเพื่อรับสัญญาณ OUTPUT จากบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ ให้ถูกต้องตาม Schematics เพื่อที่จะให้บอร์ดไดร์สามารถทำงานได้
กระแสไม่เกิน 8 A โดยวงจรนั้นจะใช้อุปกรณ์ Opto-coupler (เบอร์ TL250) ทำหน้าที่เป็นตัวแยกกราวด์ระหว่าง ภาคควบคุม คือ ไมโครคอนโทรลเลอร์ และภาคกำลัง คือ ชุดไดร์ Solenoid valve เพื่อสร้างความปลอดภัยในการใช้งาน และใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังคือ MOSFET (IRF840) เป็นตัวปิด-เปิดการทำงานของ Solenoid valve โดยจะต้องต่อแหล่งจ่าย +12 VDC และต่อขาเพื่อรับสัญญาณ OUTPUT จากบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ ให้ถูกต้องตาม Schematics เพื่อที่จะให้บอร์ดไดร์สามารถทำงานได้
หมายเลข 4 คือ เซนเซอร์วัดความชื้นในดิน เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดค่าความชื้นในดิน โดยค่าที่ได้จะแสดงออกมาเป็นค่าแรงดันไฟฟ้า 0 – 3.3 VDC การต่อใช้งานนั้นจะต้องต่อแหล่งจ่าย +3.3 VDC ให้กับเซนเซอร์ และนำOUTPUT จากเซนเซอร์วัดความชื้นในดิน ไปต่อเป็น INPUT สำหรับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32F4-DISCOVERY
ส่วนประกอบวงจรประกอบด้วย
หมายเลข 1 จอ LCD แสดงผล
หมายเลข 2 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32F4-DISCOVERY
หมายเลข 3 VR สำหรับปรับค่าความสว่างของ จอ LCD แสดงผล
หมายเลข 4 วงจรแปรงแรงดันขนาด +5VDC
หมายเลข 2 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32F4-DISCOVERY
หมายเลข 3 VR สำหรับปรับค่าความสว่างของ จอ LCD แสดงผล
หมายเลข 4 วงจรแปรงแรงดันขนาด +5VDC
หมายเลข 5 เซนเซอร์วัดความชื้นในดิน
หมายเลข 6 Solenoid valve
หมายเลข 7 บอร์ดไดร์ Solenoid valve
หมายเลข 6 Solenoid valve
หมายเลข 7 บอร์ดไดร์ Solenoid valve
โปรแกรม Simulink ที่สมบูรณ์ของโครงงานเครื่องรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ
การอธิบาย Block โปรแกรม
หมายเลข การอธิบาย Block โปรแกรม
PCB ที่สมบูรณ์ของโครงงานเครื่องรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ
บรรทัดที่ 1 แสดงชื่อของโครงงานคือ Auto-watering
บรรทัดที่ 2 แสดงค่าความชื้นในดินที่สามารถวัดได้ โดยเทียบออกมาเป็น 0% – 100%
บรรทัดที่ 3 แสดงค่าแรงดันไฟฟ้า ที่วัดได้จากเซนเซอร์วัดความชื้นในดิน
บรรทัดที่ 4 แสดงข้อความ คือ KMUTNB_TT-09
บรรทัดที่ 2 แสดงค่าความชื้นในดินที่สามารถวัดได้ โดยเทียบออกมาเป็น 0% – 100%
บรรทัดที่ 3 แสดงค่าแรงดันไฟฟ้า ที่วัดได้จากเซนเซอร์วัดความชื้นในดิน
บรรทัดที่ 4 แสดงข้อความ คือ KMUTNB_TT-09
โครงงานนี้เป็นผลงานของนักศึกษา สาขาวิศวกรรมแมคคาทรอนิกส์ ภาควิชาครุศาสตร์เครื่องกล มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ เนื้อหาในบทความเป็นการออกแบบและความเห็นส่วนตัวของผู้ทำโครงงาน บริษัท เอมเมจิน จำกัด อาจไม่เห็นด้วยเสมอไป
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น