สวัสดีชาว Tech และ Maker สายประดิษฐ์ทุกคนครับ! สมาร์ทโฟนที่เราพกกันอยู่ทุกวันเนี่ย รู้ไหมครับว่ามันสามารถแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ 13.56 MHz ออกมาได้ผ่านฟีเจอร์ NFC (Near Field Communication) ซึ่งนอกจากจะเอาไว้จ่ายเงินหรือส่งข้อมูลแล้ว เรายังสามารถดึงคลื่นนี้มาเปลี่ยนเป็น "พลังงาน (Energy Harvesting)" ได้ด้วย!
โปรเจกต์นี้จะพาทุกคนมาดูความเจ๋งของการใช้พลังงานฟรีจากคลื่นมือถือ เพียงแค่เอามือถือไปแตะ วงจรก็จะได้รับพลังงานมากพอที่จะส่งคำสั่งและ "ปลุก" บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ที่หลับอยู่ให้ตื่นขึ้นมาทำงานได้ โดยที่ระบบสแตนด์บายแทบไม่ต้องกินไฟเลยสักหยด (Zero standby power)!
สาธิตความเจ๋ง: วาดรูปบนมือถือ ส่งเข้า e-Paper ผ่าน NFC
เพื่อพิสูจน์ว่าพลังงานที่ดึงมาจากมือถือมันทำอะไรได้บ้าง ผู้สร้างโปรเจกต์ได้ทำแอป Android ง่ายๆ ให้เราเอานิ้ววาดรูปพิกเซลขนาด 62x62 (ข้อมูลขนาด 481 bytes) พอวาดเสร็จปุ๊บ แค่เอามือถือไปแตะที่วงจร...
สิ่งที่เกิดขึ้นคือ:
- บอร์ด Raspberry Pi Pico W ที่ปิดอยู่ (ไม่มีไฟเลี้ยง ไม่มีการสแตนด์บาย) จะถูกปลุกให้ตื่นขึ้นด้วยพลังงาน RF จากมือถือ
- แอปจะส่งข้อมูลรูปภาพเข้าไปเขียนในชิป NFC (ST25DV04KC) พร้อมแนบคำสั่ง "Draw Image"
- บอร์ด Pico W จะดึงข้อมูลภาพนั้นไปแสดงผลบนหน้าจอ e-Paper (e-Ink)
- เมื่อหน้าจออัปเดตเสร็จ บอร์ดจะตัดไฟตัวเองแล้วกลับไปหลับลึกทันที (หน้าจอ e-Paper จะแสดงภาพค้างไว้โดยไม่ต้องใช้ไฟเลี้ยง)
พลังงานฟรีจากอากาศ: มันทำงานยังไง? (How it Works)
หัวใจหลักของวงจรนี้คือชิป ST25DV04KC ซึ่งเป็นชิป NFC/RFID ที่มีฟังก์ชัน Energy Harvesting ในตัว มันจะถูกต่อเข้ากับเสาอากาศขดลวดทองแดง (ประมาณ 5-6 รอบ เส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม.) ที่จูนความถี่ไว้รับคลื่น 13.56 MHz เป๊ะๆ ผ่านตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ (Trimmer capacitor)
เมื่อชิปรับพลังงานมา มันจะส่งสัญญาณผ่านขา GPO (General Purpose Output) ไปทริกเกอร์ P-Channel MOSFET (TSM260P02CX) ให้เปิดประตูจ่ายไฟจากแบตเตอรี่เข้าสู่บอร์ด Pico W จากนั้นบอร์ด Pico จะส่งสัญญาณไปล็อกขา Transistor (NPN) เพื่อให้ตัวเองมีไฟเลี้ยงจนกว่าจะทำงานเสร็จ แล้วค่อยปล่อยล็อกเพื่อปิดตัวเองครับ ถือเป็นการออกแบบระบบที่ฉลาดและประหยัดพลังงานขั้นสุด!
เตรียมฮาร์ดแวร์ (Hardware & Components)
อุปกรณ์หลักๆ ที่ใช้ในวงจรนี้มีไม่เยอะครับ ประกอบไปด้วย:
| อุปกรณ์ (Component) |
หน้าที่การทำงาน (Function) |
| ST25DV04KC |
ชิป NFC energy harvesting & EEPROM (SOIC-8) |
| Raspberry Pi Pico W |
บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์หลักสำหรับประมวลผล |
| TSM260P02CX |
P-ch MOSFET สำหรับเป็นสวิตช์เปิด/ปิดไฟหลัก |
| MMBT3904 |
NPN transistor สำหรับสลัก (Latch) ให้ไฟเลี้ยงบอร์ดค้างไว้ |
| JZ400 Trimmer Capacitor |
ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้สำหรับจูนเสาอากาศให้รับคลื่นได้ดีที่สุด |
💡 Maker's Tip: โปรเจกต์ที่ใช้หน้าจอ e-Paper แบบนี้ ถ้าเอาไปปริ้นท์เคสสวยๆ ตั้งเป็นป้ายชื่อบนโต๊ะทำงาน หรือทำเป็นป้ายบอกสถานะหน้าห้องจะดูมินิมอลและคูลมากๆ ครับ!
หากเพื่อนๆ ชาว Maker กำลังหา บอร์ด Raspberry Pi Pico W, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หรืออยากได้ เส้นพลาสติก 3D Print (Filament) คุณภาพดีเพื่อเอามาปริ้นท์เคสใส่จอ e-Paper แวะไปช้อปปิ้งของแท้พร้อมส่งได้ที่ Globalbyte เลยครับ! ครบจบในที่เดียวแน่นอน
หน้าตาวงจร PCB และวงจรเปิด/ปิดไฟ (Wake/Latch Circuit)
วงจร Latch ที่ใช้ P-MOSFET และ NPN Transistor เพื่อจ่ายไฟให้ Pico W ชั่วคราว
บอร์ด PCB ที่แบ่งโซน NFC Antenna (กลาง), วงจร Power Switch (ซ้าย) และ Header (ขวา)
วิดีโอ: การจูนเสาอากาศด้วย Ascii Bar Graph
เพื่อให้รับคลื่น 13.56 MHz ได้ดีที่สุด ผู้สร้างได้เขียนเฟิร์มแวร์เพื่ออ่านค่าแรงดัน V_EH ผ่าน Pico ADC แล้วแสดงเป็นกราฟแท่ง Ascii ผ่าน Serial Monitor ทำให้เราสามารถหมุนปรับ Trimmer Capacitor ได้อย่างแม่นยำ
วิดีโอ: การทดสอบสั่งงานเบื้องต้น (Blinking LED)
บทสรุป: ทำไมโปรเจกต์นี้ถึงน่าทึ่ง?
การตัดปัญหา "Standby power" ออกไปได้ ถือเป็นความฝันของคนทำอุปกรณ์ IoT เลยครับ เพราะปกติบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ต่อให้เข้าโหมด Sleep ลึกแค่ไหน ก็ยังต้องกินกระแสไฟอ่อนๆ อยู่ดี แต่ระบบนี้คือ ปิดสนิท 100% จะมีก็แค่กระแสรั่วไหล (Leakage) เล็กน้อยเท่านั้น ทำให้เราสามารถใช้ถ่าน AA เพียงชุดเดียว รันหน้าจอ e-paper หรือป้ายแจ้งเตือนได้เป็นพันๆ ครั้งโดยไม่ต้องชาร์จไฟเลย!
*คำเตือน: เนื้อหานี้เป็นการสรุปและเรียบเรียงแนวคิดจากโปรเจกต์ต้นฉบับภาษาอังกฤษ ข้อมูลและขั้นตอนการต่อวงจรบางส่วนอาจถูกย่อทอนเพื่อให้ผู้เริ่มต้นทำความเข้าใจได้ง่ายขึ้น ผู้สนใจสามารถศึกษารายละเอียดเชิงลึกทางวิศวกรรม เอกสารวงจร (Schematic) และวิธีแก้ปัญหาเพิ่มเติมได้จาก
เว็บไซต์ต้นฉบับ
