เตรียมรับมือภัยพิบัติก่อนสายเกินแก้!

ภัยพิบัติทางธรรมชาติอย่างน้ำท่วม แผ่นดินไหว หรือแม้แต่แก๊สรั่ว มักจะเกิดขึ้นโดยที่เราไม่ทันตั้งตัวครับ แต่จะเป็นอย่างไรถ้าเราสามารถตรวจจับสัญญาณเตือนล่วงหน้าและรับมือได้ทันท่วงที?

โปรเจกต์นี้เกิดขึ้นจากไอเดียที่อยากจะสร้างอุปกรณ์ตรวจจับความเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมแบบเรียลไทม์ โดยใช้บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32 คู่กับเทคโนโลยีส่งสัญญาณระยะไกลอย่าง LoRa เราสามารถปรับแต่งเซ็นเซอร์ได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นการวัดระดับน้ำ, แรงสั่นสะเทือน, อุณหภูมิ, ความชื้น หรือระดับก๊าซ CO2 เมื่อนำเซ็นเซอร์เหล่านี้มาต่อเป็นเครือข่าย เราก็จะสามารถสร้างระบบแจ้งเตือนที่ช่วยลดความเสียหายและรักษาชีวิตคนได้ครับ

อุปกรณ์และเครื่องมือที่ต้องใช้ (Supplies & Tools)

โปรเจกต์นี้จะแบ่งอุปกรณ์ออกเป็น 2 ฝั่งหลักๆ คือฝั่ง Node (จุดวางเซ็นเซอร์) และฝั่ง Gateway (จุดรับสัญญาณ) ครับ:

• หน้าจอแสดงผล 0.96" I2C OLED Display
• สายจัมเปอร์ JST และสายไฟวงจรทั่วไป
• เสาอากาศ: 868MHz LoRa PCB Antenna, WiFi PCB Antenna, และเสาอากาศแบบแท่ง (ทั้ง LoRa และ WiFi)
• กล่องกันน้ำสีขาวขนาด 12mm และ 25mm
• แผงโซลาร์เซลล์ (5-6V 1A) และแบตเตอรี่ Lithium Ion 3.7V (2500mAh) 2 ก้อน
• เซ็นเซอร์: I2C Temperature + Humidity (SHT20), เซ็นเซอร์วัดคุณภาพอากาศ CO2 TVOC (ตัวเลือกเสริม), MQ2 Gas Sensor (ตัวเลือกเสริม)
• บอร์ด ESP32 หรือ ESP32 Base PCB (2 ชุด)
• น็อต M2, แหวนรอง, และเคเบิลแกลนด์ PG7 (2 ตัว)
• เครื่องมือ: เครื่องพิมพ์ 3D (เส้นใย PLA), หัวแร้ง, ปืนเป่าลมร้อน, ปืนกาว, คีมตัดสายไฟ, ไขควง, เทปกาว, และสว่านจิ๋ว

💡 ทริคพิเศษสำหรับสาย Maker: หากคุณไม่มี 3D Printer สำหรับพิมพ์กรอบหน้าจอ หรือกำลังมองหาบอร์ด ESP32, โมดูล LoRa, และเซ็นเซอร์ตรวจจับสภาพอากาศเพื่อทำโปรเจกต์นี้ สามารถเข้าไปสั่งทำชิ้นส่วน 3D และซื้ออุปกรณ์ได้ที่ https://openlink.co/globalbyte เลยครับ!

View more (ดูรูปภาพอุปกรณ์ทั้งหมด)

Step 1-4: การวางแผนระบบและการเตรียมบอร์ด PCB

สถาปัตยกรรมของระบบนี้ประกอบด้วย Node (เครื่องที่ใช้อ่านค่าเซ็นเซอร์และส่งข้อมูลผ่าน LoRa) ซึ่งจะถูกนำไปติดตั้งกลางแจ้ง เราจึงต้องใช้แบตเตอรี่และแผงโซลาร์เซลล์เพื่อเลี้ยงไฟให้ระบบทำงานได้ยาวนาน ส่วน Gateway (เครื่องรับสัญญาณ) จะติดตั้งในร่มและใช้ไฟจากพอร์ต USB ได้เลย

ผมเลือกใช้กล่องกันน้ำ สีขาว เพราะมันช่วยสะท้อนความร้อนจากแสงแดดได้ดีกว่าสีดำ ทำให้วงจรภายในไม่ร้อนจนเกินไปครับ ตัวบอร์ด PCB ที่ผมออกแบบไว้ จะรวมเอาชิป ESP32, โมดูล RFM95 LoRa, พอร์ต USB-C, ไอซีชาร์จแบตเตอรี่ (รองรับโซลาร์เซลล์ 5-6V) และสวิตช์เปิดปิดไว้ในแผ่นเดียวเลย

View more (ดูรูปกล่องเคสและการประกอบบอร์ด PCB)

เมื่อบัดกรีอุปกรณ์บนบอร์ดเสร็จแล้ว ให้แปะเทปกาวสองหน้าที่ด้านหลังเพื่อยึดแบตเตอรี่ (วางให้อยู่ตรงกลางเพื่อไม่ให้บังรูน็อต) จากนั้นแปะเทปกาวทับแบตเตอรี่อีกชั้นเพื่อยึดบอร์ดให้แน่นกับฐานกล่องครับ

Step 5-8: ประกอบกล่องโหนดสำหรับภายนอก (Node)

ฝั่งกล่องของ Node เราต้องเจาะรูด้านข้าง 2 รูครับ รูแรกสำหรับร้อยสายแผงโซลาร์เซลล์ และรูที่สองสำหรับสายเซ็นเซอร์ (ผมใช้เคเบิลแกลนด์ขนาด PG7 ทั้งสองรู) ทริค: แนะนำให้แปะกระดาษกาวก่อนเจาะ เพื่อป้องกันหัวสว่านลื่นไปขูดกล่องเป็นรอยครับ

จากนั้นให้ติดตั้งเสาอากาศแบบ PCB ทั้งของ LoRa และ WiFi แปะกาวติดไว้ที่ขอบกล่องด้านใน (พยายามติดให้อยู่คนละฝั่งและห่างกันหน่อย) นำบอร์ด PCB มายึดกับฐานกล่องด้วยเสาทองเหลือง M2 ต่อสายเซ็นเซอร์ I2C (แดง=VCC, ดำ=GND, เหลือง=SCL, ขาว=SDA) และต่อสายจากแผงโซลาร์เซลล์เข้าจุด VCC/GND ของบอร์ดครับ

View more (ดูรูปการต่อสายและการติดตั้งเสาอากาศใน Node)

Step 9-11: ประกอบกล่องเกตเวย์สำหรับภายใน (Gateway)

สำหรับ Gateway เราจะใช้เสาอากาศแบบแท่งภายนอก 2 ต้น จึงต้องเจาะรูด้านข้าง 2 รู และขันน็อตทองเหลืองยึดฐานเสาอากาศให้แน่นครับ

ความพิเศษของฝั่ง Gateway คือเราจะเพิ่ม หน้าจอ I2C OLED เข้าไปเพื่อโชว์ข้อมูลสถานะแบบเท่ๆ ผมเลยออกแบบและใช้ 3D Printer พิมพ์กรอบสำหรับใส่หน้าจอขึ้นมา (หลังจากพิมพ์เสร็จก็เอากระดาษทรายขัดลบมุมให้เนียนสวย) เจาะรูบนฝากล่องให้พอดี นำกรอบหน้าจอไปยึด ต่อสาย VCC, GND, SCL, SDA เข้าบอร์ด แล้วเสียบสายเสาอากาศ (เสาใหญ่=LoRa, เสาเล็ก=WiFi) เป็นอันเสร็จครับ!

View more (ดูรูปกรอบ 3D และการประกอบ Gateway)

Step 12-13: การอัปโหลดโปรแกรมและประกอบเสร็จสิ้น

เสียบสาย USB-C เข้ากับบอร์ด เลื่อนสวิตช์เปิดไฟ แล้วเปิดโปรแกรม Arduino IDE เพื่ออัปโหลดโค้ดลง ESP32 ทั้งของ Node และ Gateway (ฝั่ง Gateway อย่าลืมอัปโหลดข้อมูล SPIFFS ด้วยนะครับ สำคัญมาก!)

เมื่อโปรแกรมสมบูรณ์ ก็จับยัดใส่กล่อง ขันสกรูให้แน่น เท่านี้เราก็จะได้อุปกรณ์ LoRa ที่หน้าตาดูดีเหมือนสินค้าที่วางขายตามร้านเลยครับ!

View more (ดูรูปอุปกรณ์ที่ประกอบเสร็จสมบูรณ์)

Step 14-18: วิธีการใช้งานและหน้า Web Dashboard

นำฝั่ง Node ไปวางทดสอบกลางแดด เพื่อเช็คการชาร์จไฟและการอ่านค่าเซ็นเซอร์ครับ จากนั้นมาดูที่ Gateway หากประกอบเสร็จ หน้าจอ OLED จะโชว์ข้อมูลแบตเตอรี่, อุณหภูมิ, ความชื้น และความแรงสัญญาณ LoRa ให้เราเห็นทันที

การดูหน้า Web Dashboard: ให้คุณใช้มือถือเชื่อมต่อ WiFi ชื่อ DisasterMonitor-GW (รหัสผ่าน: monitor123) แล้วเปิดบราวเซอร์เข้า IP 192.168.4.1 คุณจะพบกับหน้าแดชบอร์ดสุดล้ำ!

• หน้านี้จะโชว์ข้อมูลสถานะแบตเตอรี่, จำนวน Node ที่ออนไลน์ และพิกัดต่างๆ
• คุณสามารถตั้งค่า Alerts & Thresholds (เช่น ถ้าร้อนเกิน 30°C หรือความชื้นผิดปกติ ให้ระบบแจ้งเตือนตัวแดงทันที)
• หากในอนาคตคุณนำเซ็นเซอร์แก๊ส MQ2 มาต่อเพิ่ม ระบบนี้ก็จะสามารถประยุกต์ใช้เพื่อตรวจจับแก๊สรั่วได้ด้วยลอจิกเดียวกันเลยครับ

View more (ดูรูปภาพหน้า Dashboard บนมือถือ และการแจ้งเตือน)

Step 19: บทสรุปและไอเดียต่อยอด

ในยุคที่สภาพอากาศแปรปรวน (เช่น ปรากฏการณ์เอลนีโญ) ระบบนี้มีประโยชน์มากๆ ครับ ในอนาคตคุณสามารถเพิ่ม Node วัดแผ่นดินไหว (ใส่เซ็นเซอร์ Accelerometer) หรือโหนดวัดควันไฟเข้าไปในระบบได้อีกเพียบ นอกจากนี้ยังสามารถต่อยอดให้มันสั่งการอัตโนมัติ เช่น ถ้าร้อนเกินไปก็สั่งเปิดพัดลม หรือถ้าดินแห้งก็สั่งรดน้ำปั๊มน้ำได้เลย!

สำหรับใครที่อยากลุยโปรเจกต์นี้ สามารถดาวน์โหลดไฟล์ Source Code และไฟล์ออกแบบ 3D ทั้งหมดได้ที่ปุ่มด้านล่างนี้เลยครับ: