ระบบก๊อกน้ำเปิด-ปิดตามเซ็นเซอร์ (The faucet system opens and closes to the sensor)

คณะวิศวกรรมศาสตร์ / สาขาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ / โครงงานวิชาเรียน
กันยายน 10, 2023
0

ผู้เขียนบทความ : #165404140103 นายระพี เดชดี COE#15

คณะวิศวกรรมศาสตร์ สาขาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์

วิชา 04-513-201 การโปรแกรมคอมพิวเตอร์ขั้นสูง 1/2566

1.ความเป็นมา

ก๊อกน้ำเซ็นเซอร์เป็นนวัตกรรมสำคัญในการประหยัดน้ำในที่พักอาศัย และสถานที่ต่าง ๆ ในเมืองใหญ่ เพื่อแก้ปัญหาการใช้น้ำอย่างสิ้นเปลือง ซึ่งอาจส่งต่อปัญหาการขาดแคลนน้ำใช้ น้ำดื่ม และที่สำคัญคือช่วยประหยัดค่าน้ำให้กับเจ้าของบ้าน และเจ้าของสถานประกอบการต่าง ๆ พฤติกรรมการใช้น้ำอย่างสิ้นเปลือง เช่น การเปิดน้ำทิ้งไว้ระหว่างการแปรงฟัน โกนหนวด สระผม อาบน้ำ ล้างหน้า ล้างถ้วย ล้างจาน รวมไปถึงการเปิดน้ำทิ้งระหว่างการล้างรถ ฯลฯ พฤติกรรมเหล่านี้ทำให้ ค่าน้ำในแต่ละเดือนของเราสูงขึ้น ขณะเดียวกันก็เป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้เกิดปัญหาการขาดแคลนน้ำดื่ม น้ำใช้ปัญหาค่าน้ำที่เพิ่มสูงขึ้นในแต่ละเดือน ทำให้ผู้บริโภคหลาย ๆ คนให้ความสำคัญกับการเลือกใช้อุปกรณ์ควบคุมการไหลของน้ำ เช่น ก๊อกน้ำเซ็นเซอร์ โถปัสสาวะเซ็นเซอร์ ซึ่งสิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ ได้รับความนิยมและถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย ทั้งในที่พักอาศัย ออฟฟิศ ห้างสรรพสินค้า และห้องน้ำในพื้นที่ต่าง ๆ โดยเฉพาะก๊อกน้ำเซ็นเซอร์ ซึ่งถูกนำไปใช้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ห้องน้ำในสรรพสินค้า สำนักงาน และที่อยู่อาศัยเพื่อช่วยลดการใช้น้ำและรายจ่ายค่าน้ำ

2.วัตถุประสงค์

2.1 เพื่อสร้างความพึ่งพอใจในการใช้อ่างล้างมืออัตโนมัติ
2.2 เพื่อลดค่าใช้จ่ายประหยัดทรัพยากรน้า

3.ขอบเขต

3.1 สามารถล้างมือตามความสะดวกของผู้ใช้
3.2 สามารถวัดค่าสะอาดของน้ำว่ามีสิ่งแปลกปลอมกับน้ำหรือไม่

4.ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ

4.1 สามารถเปิด-ปิดน้ำโดยปราศจากการสัมผัส
4.2 ประหยัดเวลาและลดการสูญเสียทรัพยากรน้ำในกรณีที่ลืมปิดน้ำ
4.3 เพื่อป้องกันการติดต่อจากเชื้อไวรัสต่างๆได้
4.4 เป็นแนวทางให้ผู้ที่มีความสนใจสามารถนำไปศึกษาต่อยอดได้

5.ทฤษฎีและงานอื่นที่เกี่ยวข้อง

5.1 ESP32 เป็นชื่อของไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์ที่รับเชื่อมต่อ WiFi และ Bluetooth 4.2 BLE ในตัว ผลิตโดบริษัท Espressif จากประเทศจีน โดยตัวไอซีESP32 มีสเปคโดยละเอียด คือ ซีพียูใช้สถาปัตยกรรม Tensilica LX6 แบบ 2 แกนสมอง สัญญาณนาฬิกา 240MHz มีแรมในตัว 512KB รองรับการเชื่อมต่อรอมภายนอกสูงสุด 16MBมาพร้อมกับ WiFi มาตรฐาน 802.11 b/g/n รองรับการใช้งานทั้งในโหมด Station softAP และ Wi-Fi direct มีบลูทูธในตัว รองรับการใช้งานในโหมด 2.0 และโหมด 4.0 BLE ใช้แรงดันไฟฟ้าในการทํางาน 2.6V ถึง 3V

5.2 โซลีนอยด์วาว (Solenoid Valve) ล์วาล์วควบคุมทิศทางลมโดยใช้คอยล์ไฟฟ้าสั่งการร่วมกับสปริงหรือคอยล์ไฟฟ้าอีกตัวเมื่อต้องการให้วาล์วอยู่อีกตำแหน่ง โซลินอยด์วาล์ว ประกอบด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับททำหน้าที่ปิดเปิดวาล์วเมื่อเปิดและปิด
สวิตช์เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะดูดเดือยวาล์วเพื่อเปิดวาล์ว และเมื่อปิด
สวิตช์ตัดกระแสไฟฟ้าเดือยวาล์วจะกลับไปสู่ตำแหน่งเดิม โดยน้ำหนักของตัวเองเพื่อปิดวาล์ว

5.3 เซนเซอร์สัมผัส (Contact Sensors) เซนเซอร์สัมผัสคืออุปกรณ์ที่ตรวจจับและบันทึกการสัมผัสหรือการจับถือทางกายภาพของอุปกรณ์ และ/หรือ วัตถุ เซนเซอร์จะช่วยให้อุปกรณ์หรือวัตถุตรวจจับการสัมผัสหรือการอยู่ใกล้ของมนุษย์หรือผู้ใช้งานได้ อุปกรณ์อินพุตการตรวจจับสัมผัสมอบความเป็นไปได้อันหลากหลายเพื่อการใช้งานที่สะดวกสบาย และแทนที่ปุ่มกดเชิงกลและสวิตช์เพื่อกำจัดการสึกหรอทางกลอีกด้วย อุปกรณ์สามารถปรับแต่งเป็นทั้งตัวเลื่อนแบบง่ายๆ ล้อหมุน หรือแม้กระทั่งทัชแพดสำหรับอินเตอร์เฟซผู้ใช้ที่ใช้งานง่าย

5.4 อินฟาเรดเซนเซอร์ (Infared sensors) เป็นอุปกรณ์ตัวหนึ่งที่มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในงานอุตสาหกรรม โดยเฉพาะระบบการผลิตแบบอัตโนมัติ เพราะเซนเซอร์จะทำหน้าที่เป็นตัวตรวจสอบ ตรวจวัดเงื่อนไขต่างๆ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต เช่น กำหนดตำแหน่ง ควบคุมปริมาณ คัดแยกชิ้นงาน หรืออื่นๆ เพื่อให้ระบบดำเนินการผลิตได้อย่างต่อเนื่องและมีคุณภาพ ดังนั้นหากเลือกใช้เซนเซอร์ที่มีประสิทธิภาพดีแม่นยำ ก็จะส่งผลให้กระบวนการผลิตมีคุณภาพที่ดีเยี่ยมตามไปด้วย

This image has an empty alt attribute; its file name is image-293.png

5.5 ก๊อกน้ำ (Faucet) ก๊อกน้ำเป็นอุปกรณ์สุขภัณฑ์ ที่ใช้สำหรับควบคุมการเปิด-ปิด และควบคุมการไหลของน้ำ เพื่อใช้ระบบน้ำในการบริโภค และการชำระล้างสิ่งสกปรกให้สะอาดหมดจด โดยทั่วไปก๊อกน้ำที่มีจำหน่ายตามท้องตลาดนั้น ผลิตได้จากวัสดุหลากหลายชนิด เช่น พลาสติก เซรามิคและซิงค์ อเนกประสงค์อื่น ๆ อีกมากมาย

5.6 รีเลย์ (relay) คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าเปรียบเสมือนสวิตซ์สำหรับตัดต่อในวงจรควบคุมอัตโนมัติ ซึ่งหลักการทำงานของรีเลย์จะทำงานโดยการป้อนไฟฟ้าให้กับขดลวด เพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าให้เป็นสนามแม่เหล็กไปใช้สำหรับดูดหน้าสัมผัส (contact) ให้เปลี่ยนทิศทางการไหลของไฟฟ้า

5.7 จอ LCD เป็นจอที่แสดงผลเป็นตัวอักษรตามช่องแบบตายตัว เช่นจอ LCD ขนาด 16×2 หมายถึงใน 1 แถวมีตัวอักษรใส่ได้ 16 ตัว และมีทั้งหมด 2 บรรทัดให้ใช้งาน ส่วน 20×4 จะหมายถึงใน 1 แถวมี ตัวอักษรใส่ได้20 ตัว และมีทั้งหมด 2 บรรทัด

6.ผลการดำเนินงาน

diagram : การทำงานของระบบ

การทำงานของระบบ

การทำงานของระบบก๊อกน้ำเปิด-ปิดตามเซ็นเซอร์จะอธิบายการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์และวิธีการทำงานของคำสั่งโดยแบ่งเป็นหัวข้อดังนี้

1.ภาพรวมการทำงานของอุปกรณ์

ภาพรวมการทำงานของระบบคือเซ็นเซอร์จะจับค่าการสัมผัสของผู้ใช้ว่าจะใช้ส่วนไหนในการใช้ก๊อกน้ำเพื่อชำระล้างให้ตัวเองสะอาด

2. ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง
การเขียนโปรแกรมแบ่งเป็น คือการเขียนโปรแกรมในESP32 เพื่อรับและสั่งอุปกรณ์ต่างๆ โดยใช้โปรแกรม Arduino IDE ในการเขียนโปรแกรม

3. ESP32 โมดูล Wifi ESP-32 รุ่น ESP-WROOM-32D โมดูล Wifi + Bluetooth 4.2 + Touch/Temp Sensorทำงานแบบ Dual Core ที่ความเร็ว 160Mhz มี SRAM 512K หน่วยความจำ Flash สำหรับอัพโหลดโปรแกรมขนาด 16M มีขา GPIO 38 ขา ความละเอียดในการอ่านค่า ADC 12Bit สามารถเขียนโปรแกรม ผ่าน Arduino IDE เหมือนเขียน Arduino ได้

4. โซลีนอยด์วาว (Solenoid Valve)

วาล์วควบคุมทิศทางลมโดยใช้คอยล์ไฟฟ้าสั่งการร่วมกับสปริงหรือคอยล์ไฟฟ้าอีกตัวเมื่อต้องการให้วาล์วอยู่อีกตำแหน่งโซลินอยด์วาล์วประกอบด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับททำหน้าที่ปิดเปิดวาล์วเมื่อเปิดและปิดสวิตช์เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะดูดเดือยวาล์วเพื่อเปิดวาล์วและเมื่อปิดสวิตช์ตัดกระแสไฟฟ้าเดือยวาล์วจะกลับไปสู่ตำแหน่งเดิมโดยน้ำหนักของตัวเองเพื่อปิดวาล์ว

5. อินฟาเรดเซนเซอร์ (Infared sensors)

ทำหน้าที่เป็นตัวตรวจสอบ ตรวจวัดเงื่อนไขต่างๆ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต เช่น กำหนดตำแหน่ง ควบคุมปริมาณ คัดแยกชิ้นงาน หรืออื่นๆ เพื่อให้ระบบดำเนินการผลิตได้อย่างต่อเนื่องและมีคุณภาพ ดังนั้นหากเลือกใช้เซนเซอร์ที่มีประสิทธิภาพดีแม่นยำ ก็จะส่งผลให้กระบวนการผลิตมีคุณภาพที่ดีเยี่ยมตามไปด้วย

6. รีเลย์ (relay)

ทำหน้าเปรียบเสมือนสวิตซ์สำหรับตัดต่อในวงจรควบคุมอัตโนมัติ ซึ่งหลักการทำงานของรีเลย์จะทำงานโดยการป้อนไฟฟ้าให้กับขดลวด เพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าให้เป็นสนามแม่เหล็กไปใช้สำหรับดูดหน้าสัมผัส (contact) ให้เปลี่ยนทิศทางการไหลของไฟฟ้า

รีเลย์แบบขดลวด – เป็นรีเลย์ที่มีส่วนประกอบของขดลวดเหนี่ยวนำ และหน้าคอนเทค หลักการคือเมื่อเกิดความเหนี่ยวนำขึ้นจะทำให้คอนเทคถูกดึงด้วยสนามแม่เหล็กมาชนกัน ทำให้พลังงานไฟฟ้าสามารถไหลผ่านไปได้ ทั้งนี้ข้อเสียของรีเลย์แบบนี้คือเมื่อหน้าคอนเทคมีการสัมผัสกันจะทำให้เกิดการอาร์คขึ้นรวมทั้งต้องใช้กระแสไฟฟ้าจำนวนหนึ่งในการจ่ายไปให้ขดลวดเหนี่ยวนำ

รีเลย์แบบขดลวดจะแบ่งย่อยได้ตามหน้าคอนเทคที่มีภายในสำหรับรีเลย์ที่นิยมใช้มักมีหน้าคอนเทคเดียวและมีขาต่อใช้งานจำนวน 5 ขา คือ ขาขดลวดเหนี่ยวนำ 2 ขา และขาควบคุมอุปกรณ์อื่นจำนวน 3 ขา ขาควบคุมอุปกรณ์อื่นจะแยกได้เป็นขาNC (Normally Close) COM (Common) และ NO(Normally Open) การใช้งานส่วนใหญ่จะใช้ขา NO และ COMการใช้งานโมดูลรีเลย์สำเร็จรูปจะคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ขับรีเลย์ และจำนวนรีเลย์ที่ต้องการใช้เป็นหลัก สำหรับ ESP32 ไม่มีโมดูลรีเลย์สำเร็จรูปที่ใช้แรงดันไฟฟ้า 3.3V แต่สามารถใช้รีเลย์สำเร็จรูปที่ใช้แรงดันไฟฟ้า 5V ได้ โดยสามารถดึงแรงดันไฟฟ้า5V มาจ่ายให้กับโมดูลรีเลย์ได้จากช่อง Vin ของบอร์ดNodeMCU-32S ซึ่งแรงดันไฟฟ้า 5V จะมาจากพอร์ตMicroUSB

โค้ดในส่วนของ Main Code

การทดสอบ

ทดลองการทำงานของระบบ ESP32 โดยการเปิด-ปิดน้ำ

ทดลองการการเปิด-ปิดน้ำ

สถานการณ์ทำงาน และ ปรับการแก้ไขการไหลของน้ำ

สรุปผลการทดสอบ

จากผลการทดสอบของระบบก๊อกน้ำเปิด-ปิดตามเซ็นเซอร์ จะสามารถทำงานได้ตามต้องการดังนี้

ในการทดสอบก๊อกน้ าอัตโนมัติมีการล้างมือได้ดีมากล้างมือได่เสมอและในการล้างมือมีการล้างได้ในปริมาณมาก
และผลงานออกมาได้ดีตามที่คาดหวังไว้

ปัญหำที่พบ
1) Water Flow Sensor ไม่ทำงาน
2) ต้องต่อจั้มเปอร์ขึ้นใหม่ให้มีความยาวเท่ากับความต้องการ
3) อุปกรณ์ต่อระบบน้ำมีความจำกัด เนื่องจากขนาดไม่เท่ากันของอุปกรณ์หลายตัว
4) Water Sensor ทำงานแม้มีน้ำเกาะอยู่เพียงเล็กน้อย ต้องเช็ดให้แห้งตลอด
5) ยังนำไปใช้งานจริงแต่เป็นแนวทางนำไปใช้แก้ปัญหาที่มีความเป็นไปได้มาก

ประโยชน์ของระบบก๊อกน้ำเปิด-ปิดตามเซ็นเซอร์

ด้านสุขอนามัยอย่างที่ทราบกันเป็นอย่างดีว่า การสัมผัสกับวัตถุต่าง ๆ อาจทำให้มีเชื้อโรคหรือแบคทีเรียติดกับมือของเรามา ซึ่งส่งผลทำให้การล้างมือด้วยก๊อกน้ำธรรมดาที่ต้องสัมผัสกับก๊อกน้ำนั้นอาจไม่สามารถช่วยเรื่องสุขอนามัยได้มากนัก แต่หากใช้ก๊อกน้ำเซนเซอร์จะสามารถช่วยลดการสัมผัส และทำให้เรามีสุขอนามัยที่ดีขึ้นได้
ประหยัดน้ำก๊อกน้ำเซนเซอร์ มีระบบเปิด-ปิดที่สามารถหยุดหรือเปิดเองได้ด้วยการใช้เซนเซอร์ในการตรวจจับวัตถุ ดังนั้นการใช้ก๊อกน้ำเซนเซอร์สำหรับการล้างมือ ทำให้สามารถประหยัดการใช้น้ำได้มากยิ่งขึ้น
ประหยัดเงินแม้ว่าก๊อกน้ำเซนเซอร์จะมีราคาสูงกว่าก๊อกน้ำทั่วไป แต่ค่าใช้จ่ายเริ่มต้นจะถูกชดเชยด้วยค่าน้ำที่ลดลง ซึ่งหมายความว่ามันไม่เพียงแต่ดีต่อโลกเท่านั้น แต่ยังช่วยทำให้คุณประหยัดเงินในการจ่ายค่าน้ำได้ด้วย

7.สรุปผลและข้อเสนอแนะ

•ก๊อกน้ำเซ็นเซอร์ หลักการทำงาน คือ น้ำจะไหลออกจากก๊อกน้ำทันที เมื่อยื่นมือไปในระยะที่กำหนด ทำให้คุณสามารถใช้งานก๊อกน้ำได้อย่างสะดวกสบาย และมีความปลอดภัยจากโรคระบาด เพราะคุณไม่ต้องไปสัมผัสกับก๊อกน้ำ ที่อาจจะทำให้คุณติดเชื้อ หรือสัมผัสกับเชื้อโรคเลยนั้นเอง ถือว่าเป็นความปลอดภัยในปัจจุบัน

8.ข้อมูลอ้างอิง

1.การใช้งานอุปกรณ์ไมโครคอนโทรลเลอร์ต่างๆ