ESP32-P4 Weather Station ตัวนี้คืออะไร?

ถ้าเรียกแค่ “Weather Station” อาจทำให้ดูเล็กกว่าความจริงไปหน่อย

ตัว Project รวม 3 งานเข้าด้วยกัน:

• Weather Dashboard
• Indoor Air Quality Monitor
• Wireless Environmental Sensor Hub

Base Station แสดงทั้งข้อมูลของตัวเอง, Sensor จากจุดอื่นในบ้านหรือสวน และ Forecast จาก Internet บนหน้าจอเดียว

ผู้สร้างตั้งใจหลีกเลี่ยง Cloud Service และ Mesh System สำหรับ Sensor Network โดยข้อมูลจาก Sensor ส่งเข้าหา Base Station โดยตรง ผ่าน LoRa หรือ ESP-NOW

Architecture ถูกแบ่งเป็น 3 ชั้น

Repository แบ่งระบบหลักออกเป็นสามส่วน ซึ่งช่วยให้เราเข้าใจ Project ได้ง่ายขึ้นมาก

Base Station ใช้ Hardware อะไรบ้าง?

CNX ยังระบุว่า Waveshare Kit มี Speaker 8Ω 2W และ RPi Camera แต่ Hardware สองชิ้นนี้ ไม่ได้ถูกใช้ใน Project นี้

ESP32-P4 ไม่มี Wi-Fi แล้วต่อ Internet ยังไง?

จุดที่หลายคนอาจงงคือ ESP32-P4 ไม่มี Wi-Fi หรือ Bluetooth Radio ในตัว

Waveshare Module จึงใส่ ESP32-C6 มาเป็น Wireless Coprocessor

การสื่อสารระหว่าง P4 กับ C6 ใช้ ESP-Hosted-MCU ทำให้ฝั่ง ESP32-P4 ยังสามารถใช้ API ของ ESP-IDF เพื่อเข้าถึง Network ได้ในลักษณะคล้ายมี Wireless อยู่กับตัว

ESP32-C6 ทำหน้าที่หลักใน Project นี้สำหรับ:

• Wi-Fi
• เชื่อม Weather API
• ดาวน์โหลด Firmware Update

มี ESP32-C6 แล้ว ทำไมยังต้องมี Heltec Receiver?

เพราะ Creator ระบุว่า ESP-NOW ยังไม่รองรับผ่าน esp-hosted ใน Architecture นี้

แต่ ESP-NOW เป็นหนึ่งใน Protocol สำคัญของ Wireless Sensors

ผู้สร้างจึงเพิ่ม Heltec WiFi LoRa 32 V4 ที่ใช้ ESP32-S3 + SX1262 ให้ทำหน้าที่ Radio Gateway แยก

Receiver ตัวนี้:

• รับ ESP-NOW
• รับ LoRa
• เก็บ Packet จาก Sensor
• เพิ่ม RSSI / SNR / Timestamp
• ส่งข้อมูลต่อให้ ESP32-P4 ผ่าน I²C

ฝั่ง ESP32-P4 จึงไม่ต้องจัดการ Radio Packet โดยตรง แต่เพียง Poll ข้อมูลจาก Receiver ผ่าน I²C

SEN66 ตัวเดียววัดอะไรได้บ้าง?

SEN66 เป็นหัวใจของการวัด Indoor Air Quality ใน Base Station

Particulate Matter

• PM1.0
• PM2.5
• PM4.0
• PM10.0

Gas / Air Quality

• CO₂
• VOC Index
• NOx Index

Environment

• Temperature
• Relative Humidity

Creator อธิบายว่า การรวม Parameter หลายอย่างไว้ใน Sensor เดียว ทำให้ Design ง่ายขึ้น เพราะไม่ต้องใช้ Sensor แยกหลายตัว เหมือน Weather Station รุ่นก่อน

SEN66 ติดต่อกับ ESP32-P4 ผ่าน I²C เช่นเดียวกับ Sensor หลายตัวใน Base Station

BH1750 + C4001 ไม่ได้มีไว้แค่ทำจอสวย

ถ้ามีแค่ BH1750 เราก็สามารถปรับ Brightness ให้สัมพันธ์กับแสงรอบตัวได้

แต่ผู้สร้างเจออีกปัญหา: Backlight ของ Display สร้างความร้อน และความร้อนอาจมีผลต่อค่าที่ SEN66 วัด

จึงเพิ่ม C4001 24GHz mmWave Radar เข้ามาช่วยตรวจ Presence

อยากวัดหลายห้อง? เพิ่ม Wireless Sensor Node ได้

Main Unit สามารถใช้งานเดี่ยว ๆ ได้ แต่ Project ถูกออกแบบให้ขยาย Sensor ไปยังตำแหน่งอื่นได้

Creator ยังอธิบายว่า ESP-NOW BME280 เป็น Sub-project รุ่นเก่าที่สุด และใช้ PCB ที่ผู้สร้างออกแบบเอง

Wireless Sensor อยู่ด้วย Battery ได้นาน เพราะไม่ได้เปิดตลอดเวลา

Repository ระบุว่า Sensor Node ใช้เวลาส่วนใหญ่อยู่ใน Deep Sleep

สำหรับ Node อุณหภูมิ / ความชื้น / ความกดอากาศ:

Wake → วัดค่า → ส่งข้อมูล → Sleep

Repo ปัจจุบันระบุว่า Node กลุ่มนี้ ตื่นทุกประมาณ 10 นาที เพื่อวัดและส่งข้อมูล

Sensor บาง Version ยังสามารถชาร์จ Battery ผ่าน Solar Cell ได้

Geiger Counter ซับซ้อนกว่า

Geiger Counter ไม่สามารถตื่นมาอ่าน Snapshot แล้วจบเหมือน Temperature Sensor เพราะต้องสะสมจำนวน Pulse ตามเวลา

ESP32 Version จึงใช้ ULP Coprocessor ช่วยนับ Pulse ระหว่างที่ Main CPU อยู่ใน Sleep

Sensor หลายแบบคุยกันได้ เพราะใช้ Packet Format เดียวกัน

Sensor Firmware, Receiver และ Base Station แชร์ Definition ของ packet_format.h เหมือนกัน

Header หลักมีเพียง 4 bytes เพื่อบอกว่า:

• นี่คือ Message แบบไหน
• มาจาก Sensor Slot ไหน
• เป็น Sensor Type อะไร
• Payload ที่ตามมายาวเท่าไร

typedef struct __attribute__((packed)) {
    uint8_t msg_type;
    uint8_t sensor_nr;
    uint8_t sensor_type;
    uint8_t payload_len;
} packet_header_t;

ตัว Header ไม่จำเป็นต้องรู้รายละเอียด Measurement ทุกชนิด

Payload ของ BME280, SHT45 และ Geiger ถูกแยกเป็น Struct ของตัวเอง

Receiver จึงสามารถรับ Packet แล้วส่งต่อแบบ Raw โดยไม่จำเป็นต้องรู้ Logic ของ Sensor ทุกประเภท ส่วน Base Station ค่อย Interpret Payload จากค่า sensor_type

หน้าจอรองรับ Sensor สูงสุด 6 Slot พร้อม Offline Detection

Dashboard สามารถแสดง Wireless Sensor ได้สูงสุด 6 Slot

แต่ละ Slot สามารถตั้งชื่อ และเลือก Icon ได้ เช่น:

• Kitchen
• Bedroom
• Balcony
• ตำแหน่งอื่นตาม Setup

Header ของ Sensor Card ยังแสดง:

• ชื่อ
• Icon
• Battery
• Signal Strength

ถ้า Sensor หายไปนานกว่าช่วงเวลาที่ควรส่งข้อมูล ระบบจะ Mark Sensor นั้นว่า Offline

Creator ระบุว่า Receiver จะ Mark Offline เมื่อเวลาที่ไม่มี Packet ยาวเกินประมาณ 3 เท่า ของ Interval ปกติของ Sensor นั้น

Forecast ไม่ได้มีแค่ “วันนี้ฝนไหม”

UI ของ Base Station แสดงทั้ง:

• Current Weather
• Hourly Forecast 48 ชั่วโมง
• Daily Forecast 7 วัน

Creator ตั้งใจให้ UI ใช้พื้นที่จอ 10 นิ้ว แสดงข้อมูลจำนวนมาก แต่ยังอ่านง่าย

Dashboard จึงรวมทั้ง Weather API, Base Station Data และ Wireless Sensor ไว้ในหน้าเดียว

Weather API มีให้เลือก 3 เจ้า ไม่ได้ผูกกับ Provider เดียว

Provider ทั้งสาม ให้ Data Structure ไม่เหมือนกัน

Firmware จึงมี Mapping Layer แปลง Raw Data ของแต่ละ Provider มาเป็น Target Format กลาง

UI จึงไม่จำเป็นต้องรู้ว่า Forecast ตอนนี้มาจาก Provider ไหน

Software ฝั่ง Base Station ไม่ใช่ Arduino Sketch ธรรมดา

Main Unit ถูกพัฒนาด้วย ESP-IDF และใช้ LVGL สำหรับ GUI

Layout ถูกออกแบบด้วย EEZ Studio

ส่วน CubeCell-based Node บาง Project ใช้ Arduino / PlatformIO

Task ถูกแยกตาม Responsibility

เมื่อ Main Screen เริ่มทำงาน Application จะ Start Task แยกตามงานแต่ละประเภท

Repository แยกส่วนสำคัญออกเป็น Module เช่น:

• Display
• I²C
• Receiver
• Wi-Fi
• NVS
• Weather Providers
• LVGL Charts
• Sensor GUI
• Setup Screen

จุดที่ต้องเช็กก่อน Build: ESP-IDF Version ไม่ตรงกันทุก Source

Build Guide ของ Creator ระบุว่า Project ถูกพัฒนาด้วย ESP-IDF 6.x

แต่ BaseStation README ของ Repository Branch develop ที่ตรวจในรอบนี้ ระบุ:

Requires ESP-IDF v5.5.4

Firmware Update ได้เองผ่าน GitHub Releases

Base Station และ Sensor Receiver รองรับ Automatic Update ผ่าน GitHub Releases

Creator ระบุว่า Base Station จะตรวจ Firmware Version ใหม่เป็นช่วง ๆ และหากมี Version ใหม่ จะแจ้งผ่าน Popup

หลัง Update:

1. Base Station ถูก Update ก่อน
2. Receiver ถูก Update ตาม

ถ้า Firmware ใหม่มีปัญหา ระบบถูกออกแบบให้ Rollback ไป Version ก่อนหน้า

3D Printed Housing เป็นงานใหญ่กว่าที่เห็น

ตัว Housing ไม่ได้ถูกออกแบบสำเร็จในครั้งเดียว

Creator เล่าว่า Design แรกของ Rear Cover ใช้ Support Material เยอะ และผลลัพธ์ยังไม่เป็นที่พอใจ

สุดท้ายจึงเปลี่ยนเป็น Housing แบบสองชิ้น เพื่อให้ Print ง่ายขึ้น

อีกปัญหาคือจอ Top-heavy

ด้วยน้ำหนักและขนาดของ Display Prototype ช่วงแรก ล้มง่าย

Base จึงต้องถูกแก้หลายรอบ เพื่อให้ตั้งบนโต๊ะได้มั่นคงขึ้น

Sensor อยู่ใน Base ด้วย

Light Sensor และ Radar Sensor ถูกวางไว้ใน Base เพื่อให้ขอบ Display ยังดูแคบ

ไฟล์ CAD ปัจจุบันมีแล้ว

CNX อัปเดตบทความว่า STEP และ SolidWorks Files ของ Version ใหม่ อยู่ใน SolidWorks folder ของ Repository

ต้นทุน Main Unit ประมาณเท่าไร?

CNX Software ประเมิน Component หลักประมาณ:

CNX สรุปว่า Main Unit อยู่ที่อย่างน้อยประมาณ $185

และยังไม่รวม:

• Tax
• Shipping
• Screw / Nut
• Connector
• Filament
• External Sensor Node

Creator เอง ประเมิน Material Cost ของ Base Station ไว้ประมาณ 160 ยูโร ตามราคาที่เขาซื้อในยุโรป

แล้วทำเองทำไม ถ้าของสำเร็จรูปอาจถูกกว่า?

CNX พูดตรง ๆ ว่า Project นี้แทบแน่นอนว่า ไม่ได้ช่วยประหยัดเงิน เมื่อเทียบกับ Weather Station ที่ถูกออกแบบเพื่อผลิตจำนวนมาก

สิ่งที่ได้กลับมาแทนคือ:

• เลือก Sensor เอง
• เพิ่ม Sensor Type เอง
• ควบคุม Data Flow เอง
• ไม่ต้องผูก Sensor Network กับ Cloud
• แก้ GUI เองได้
• ปรับ Housing เองได้
• เรียน ESP-IDF / LVGL / I²C / LoRa / ESP-NOW
• ได้เรียน Architecture ของระบบหลาย MCU

ถ้าจะทำในไทย มีอะไรที่ควรเช็กเพิ่ม?

1. LoRa Frequency / Regional Setting

Repository ของผู้สร้าง มีการกำหนด LoRa Parameters ตามระบบที่เขาใช้งานอยู่

หากนำ Project มาใช้ในประเทศไทย ควรตรวจ Frequency, Region Configuration และข้อกำหนดการใช้คลื่น ที่เกี่ยวข้องในไทยก่อน แทนการ Copy Radio Setting จาก Repository ไปใช้ตรง ๆ

2. Weather API Location

Setup ต้องกำหนด Latitude, Longitude, Altitude และ Time Zone ให้ตรงกับพื้นที่จริง

3. Sensor Placement สำคัญ

ค่า Indoor Air Quality ถูกวัดที่ Base Station ดังนั้นตำแหน่งวางเครื่อง ย่อมเป็นตำแหน่งที่ SEN66 กำลังวัดสภาพอากาศจริง

หากต้องการวัดหลายห้อง ควรใช้ Wireless Node เพิ่มตาม Architecture ของ Project มากกว่านำค่าจุดเดียว ไปแทนทั้งบ้าน

ภาพ Hardware, Sensor และ Architecture เพิ่มเติม

หน้าแรกแสดง Hero Image เพียงภาพเดียว ส่วนภาพทางเทคนิคอื่น ถูกเก็บใน View more แบบ Pure CSS

View more — ดูภาพและ Diagram เพิ่มเติม View less — ซ่อนภาพ

Project นี้ค่อนข้างใหญ่ — Build จริงควรเปิดคู่มือต้นฉบับควบคู่กัน

CNX ช่วยสรุป Project ได้กระชับ แต่รายละเอียดเรื่อง:

• Software Architecture
• Sensor Packet
• Weather API
• ESP-IDF Setup
• Enclosure
• Wireless Node
• Power Optimization

อยู่ใน Build Guide และ GitHub Repository ของผู้สร้างมากกว่า

FAQ: ESP32-P4 Weather Station

นี่ไม่ใช่ ESP32 ต่อ Sensor แล้วโชว์ค่าบนจอธรรมดา

สิ่งที่ทำให้ Project นี้น่าสนใจ คือมันเริ่มแตะโครงสร้าง ของระบบ Embedded ขนาดใหญ่ขึ้นจริง ๆ

มี Base Station ที่เน้น Display และ Application

มี Receiver ที่รับผิดชอบ Wireless

มี Sensor Nodes ที่ Optimize เพื่อ Battery

มี Packet Format ที่แชร์กันระหว่าง Device

มี API Abstraction เพื่อเปลี่ยน Weather Provider โดยไม่ต้องเขียน UI ใหม่

มี OTA Update และ Rollback

และยังต้องคิดถึง Mechanical Design ของ 3D Printed Housing ไปพร้อมกันด้วย

สำหรับคนที่เล่น ESP32 จนเริ่มรู้สึกว่า “ต่อ BME280 แล้ว Print ค่า Serial มันง่ายไปแล้ว” Project นี้คืออีก Step ที่ทำให้เห็นว่า Sensor Project สามารถขยายเป็น Distributed Embedded System ได้อย่างไร

References / แหล่งข้อมูลต้นฉบับ

• CNX Software — DIY ESP32-P4 weather station & air quality monitor
• Harald Kreuzer — Build Guide for an ESP32 Weather Station & Environmental Monitor
• GitHub — ESP32 Weather Station, Indoor Air Quality & Radiation Monitor
• GitHub — SolidWorks / 3D Model Files