จากปั๊มหอยโข่งพัง สู่ภารกิจอัปเกรดปั๊มบาดาล
เรื่องมีอยู่ว่า ที่บ้านผมเคยใช้ปั๊มหอยโข่ง (Centrifugal pump) ในการสูบน้ำบาดาลขึ้นไปเก็บบนแท็งก์น้ำบนดาดฟ้าครับ แต่พอหน้าร้อนมาเยือน ปั๊มตัวเดิมกลับสูบน้ำไม่ขึ้นซะงั้น! เราเลยตัดสินใจเปลี่ยนไปใช้ปั๊มน้ำแบบจุ่ม หรือ "ปั๊มซับเมอร์ส (Submersible pump)" แทน ซึ่งมันไว้ใจได้มากกว่าในสถานการณ์แบบนี้ เพราะตัวมอเตอร์จะถูกหย่อนลงไปใต้ดินตรงที่มีน้ำเลย แล้วทำหน้าที่ดันน้ำขึ้นมาที่ผิวดิน วิธีนี้เวิร์คมากครับ ทำให้เราผ่านวิกฤตขาดน้ำมาได้
View more (ดูรูปกล่องคอนโทรลตัวปัญหา)
ปัญหาคือ ปั๊มตัวเก่าเรามีระบบควบคุมระดับน้ำแบบง่ายๆ ที่ใช้สายไฟ 3 เส้นจุ่มลงไปในแท็งก์เพื่อเช็คระดับน้ำและสั่งเปิด-ปิดปั๊ม (ผมเคยลองวิธีล้ำๆ อย่างการใช้เลเซอร์, กล้อง หรือเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกมาแล้ว แต่วิธีเบสิกอย่างการจุ่มสายไฟนี่แหละเสถียรสุด)
แต่ปั๊มซับเมอร์สตัวใหม่ของเราดันมาพร้อมกับ "กล่องสตาร์ทเตอร์ภายนอก (External Starter)" เนื่องจากตัวเก็บประจุ (Capacitor) และชิ้นส่วนอื่นๆ ไม่สามารถเอาไปไว้ในตัวปั๊มที่แช่น้ำได้ การเอาวงจรลูกลอยเดิมไปสั่งจ่ายไฟให้กล่องสตาร์ทเตอร์ มันทำได้แค่ตัดไฟตอนน้ำเต็มครับ (Semi-automatic) แต่ตอนที่น้ำหมด มันดันสตาร์ทปั๊มเองไม่ได้! เพราะกล่องนี้ออกแบบมาให้ทำงานแบบแมนนวล คือ ต้องใช้คนเอานิ้วไปกดปุ่มค้างไว้ 2-3 วินาที ปั๊มถึงจะเริ่มทำงาน นี่แหละครับคือความท้าทายของเรา
อุปกรณ์และเครื่องมือที่ต้องใช้ (Hardware & Tools)
ในการทำโปรเจกต์อัปเกรดครั้งนี้ เราจะใช้อุปกรณ์ดังต่อไปนี้ครับ:
- บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Nano R3 (1 บอร์ด)
- โมดูลรีเลย์แบบ 2 ช่อง Seeed Studio Grove - 2-Channel SPDT Relay (1 ชิ้น)
*สามารถใช้ ESP-01 Relay Module แทนได้ถ้าไม่อยากบัดกรีเยอะ
- สวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย (SMPS) Digilent 5V 2.5A (1 ตัว)
- แจ็คเสียบไฟ DC แบบลงปริ้นท์ DC POWER JACK 2.1MM (1 ชิ้น)
- สายจัมเปอร์ (Jumper wires)
-
ซอฟต์แวร์: Arduino IDE
-
เครื่องมือช่าง: หัวแร้งบัดกรี, คีมปอกสายไฟ/ตัดสายไฟ, ไขควง, ดิจิทัลมัลติมิเตอร์ (มีไว้เช็ควงจรจะดีมากครับ)
วิธีแก้ปัญหา: ให้ Arduino กดปุ่มแทนเรา
จากโครงสร้างการทำงานของกล่องคอนโทรลปั๊ม การกดปุ่มสตาร์ทคือการสั่งปิดวงจร 2 เส้นพร้อมกันครับ เส้นแรกเพื่อดึงไฟจาก Start Capacitor และอีกเส้นเพื่อกระตุ้นการทำงานของแมกเนติกคอนแทคเตอร์ (Contactor)
วิธีแก้คือ เราต้องจำลองพฤติกรรมการกดปุ่มนั้นทันทีที่กล่องสตาร์ทเตอร์ได้รับไฟ ซึ่งเราจะใช้ Arduino Nano และโมดูลรีเลย์ 2 ช่อง เข้ามาทำหน้าที่แทน "นิ้วมือ" ของเราครับ
เราจะเอาวงจรของปุ่มสตาร์ททั้งสองเส้นไปต่อเข้ากับขา NO (Normally Open) ของรีเลย์แต่ละตัว และจ่ายไฟให้ Arduino กับรีเลย์ด้วยพาวเวอร์ซัพพลาย 5V (SMPS) ลอจิกการทำงานจะเป็นแบบนี้ครับ:
ระบบได้รับไฟ -> รอ 2 วินาที -> สั่งรีเลย์ปิดวงจร (กดปุ่ม) เป็นเวลา 2 วินาที -> สั่งรีเลย์เปิดวงจร (ปล่อยปุ่ม)
เพียงเท่านี้พอนำไปใช้คู่กับระบบลูกลอยตัดต่อน้ำเดิม ปั๊มบาดาลของเราก็จะทำงานแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบแล้วครับ! (ลูกลอยจ่ายไฟ -> Arduino กดปุ่มสตาร์ท -> น้ำเต็มลูกลอยตัดไฟ) วิธีนี้สามารถประยุกต์ใช้กับตู้คอนโทรลปั๊มได้ทุกชนิดเลย ไม่ว่าจะเป็นไฟ 1, 2 หรือ 3 เฟส เพราะปุ่มสตาร์ทมีกลไกแบบเดียวกันหมดครับ
การเขียนโปรแกรม (Programming)
เรามาดูส่วนของโปรแกรมกันก่อนต่อวงจรครับ โค้ดนี้ใช้ควบคุมลอจิกการทำงานที่อธิบายไปด้านบน ซึ่งมันสั้นและเข้าใจง่ายมากๆ แม้ว่าคุณจะเพิ่งเริ่มเขียนโปรแกรมก็ตาม
View more (ดูโค้ดและคัดลอก / Copy Code)
แค่ก๊อปปี้โค้ดภาษา C/C++ ด้านล่างนี้ไปใส่ในโปรแกรม Arduino IDE แล้วกดแฟลชลงบอร์ด Nano ก็เป็นอันเสร็จเรียบร้อยครับ (ผมทำการเพิ่มเครื่องหมาย ; ต่อท้ายการประกาศตัวแปรให้สมบูรณ์แล้วเพื่อกันคอมไพล์ไม่ผ่านครับ)
int RELAY1 = 11; int RELAY2 = 13; void setup() { pinMode(RELAY1, OUTPUT); pinMode(RELAY2, OUTPUT); digitalWrite(RELAY1, LOW); digitalWrite(RELAY2, LOW); delay(2000); digitalWrite(RELAY1, HIGH); digitalWrite(RELAY2, HIGH); delay(2000); digitalWrite(RELAY1, LOW); digitalWrite(RELAY2, LOW); } void loop() {}
การต่อวงจรไฟฟ้า (Circuit)
🚨 คำเตือนเรื่องความปลอดภัย: โปรดใช้ความระมัดระวังขั้นสูงสุดขณะประกอบวงจรนี้ เพราะคุณกำลังยุ่งกับไฟบ้าน (AC) ครับ การแค่สับเบรกเกอร์ปิดไฟอาจไม่เพียงพอ เพราะคาปาซิเตอร์ลูกใหญ่ในกล่องยังคงเก็บประจุไฟที่รุนแรงเอาไว้ได้ ต้องทำการคายประจุ (Discharge) ให้เรียบร้อยก่อนลงมือทำเสมอ
View more (ดูแผนผังวงจรและภาพประกอบเพิ่มเติม)
คุณสามารถดูภาพวาดประกอบด้านล่างนี้เพื่อเป็นแนวทางในการต่อสายไฟครับ สิ่งสำคัญคือ ต้องจ่ายไฟให้โมดูลรีเลย์ผ่านพาวเวอร์ซัพพลาย (SMPS) โดยตรง ห้ามดึงไฟจากขา 5V ของบอร์ด Arduino Nano เด็ดขาด เพราะกระแสไฟของบอร์ดมีจำกัดและไม่พอที่จะขับรีเลย์ครับ โดยให้นำสายไฟฝั่ง AC ของ SMPS ไปต่อเข้ากับเทอร์มินอล P (ผ่าน MCB) และ N ภายในกล่องสตาร์ทเตอร์ได้เลย
เมื่อประกอบทุกอย่างเสร็จเรียบร้อย ภายในกล่องสตาร์ทเตอร์ของคุณจะมีหน้าตาประมาณภาพด้านล่างนี้ครับ
บทสรุป (Conclusion)
และนี่คือหน้าตาของระบบตอนประกอบเสร็จสมบูรณ์แล้วครับ! วิธีการที่นำเสนอในโปรเจกต์นี้มีความยืดหยุ่นสูงมาก และสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับระบบหรือกล่องคอนโทรลแบบอื่นๆ ได้อย่างง่ายดายด้วยการปรับแต่งเพียงเล็กน้อยเท่านั้น หวังว่าทุกคนจะได้ไอเดียหรือแรงบันดาลใจจากโปรเจกต์นี้นะครับ ถ้าใครทำตามแล้ว อย่าลืมเอาผลงานมาโชว์หรือเข้ามาสอบถามข้อสงสัยกันได้เลยครับ!
สร้างระบบ Smart Home & Automation ของคุณเอง!
หากคุณชื่นชอบการนำบอร์ดอิเล็กทรอนิกส์มาแก้ปัญหาในบ้านแบบนี้ หรือกำลังมองหาอุปกรณ์สำหรับทำโปรเจกต์ใหม่ๆ แวะมาพูดคุยและหาของเล่นสาย Tech กับเราได้เลยครับ!
คำเตือน: เนื้อหานี้เป็นการสรุปและเรียบเรียงจากบทความต้นฉบับภาษาอังกฤษ ข้อมูลฉบับภาษาไทยอาจมีความคลาดเคลื่อนบางประการจากการตีความหรือย่อเนื้อหา โปรดอ้างอิงข้อมูลการเดินสายไฟจาก Schematic ของต้นฉบับ
