ฟาร์มจำลองระบายความร้อนสำหรับหมู (Heat Dissipation Simulation Farm for Pigs)

ผูเขียนบทความ : 097 นายตรีภพ วงศ์กิ่ง

คณะวิศวกรรมศาสตร์ : สาขาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์

วิชา : 04-513-201 การโปรแกรมคอมพิวเตอร์ชั้นสูง1/2566

1.ความเป็นมา

การเลี้ยงหมูในประเทศไทยเป็นอุตสาหกรรมที่มีบทบาทสำคัญในการสร้างรายได้และพัฒนาเศรษฐกิจของชาติ อุตสาหกรรมเลี้ยงหมูได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในทศวรรษล่าสุด และการเลี้ยงหมูเป็นกิจกรรมที่มีความซับซ้อนในการดูแลและควบคุมอุณหภูมิในคอกหรือโรงเลี้ยงหมูเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้หมูเติบโตอย่างสมบูรณ์แข็งแรงและมีคุณภาพสูงในการผลิตเนื้อ อุณหภูมิมีผลสำคัญต่อสุขภาพและประสิทธิภาพของการเลี้ยงหมู อุณหภูมิที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้หมูมีปัญหาสุขภาพ เช่น ความร้อนเกินไปอาจทำให้หมูได้รับความเครียดความเย็นเกินไปอาจทำให้หมูเจ็บหรือตายได้ การควบคุมอุณหภูมิในสภาวะที่เหมาะสมมีผลต่อการเจริญเติบโตของหมู ระยะเวลาการเลี้ยงและผลผลิต

          จากการศึกษาและสำรวจสภาพปัญหาการเปลี่ยนแปลงทางสภาพอากาศซึ่งส่งผลต่อการทำเกษตกรเลี้ยงหมูเพราะฉะนั้นนักศึกษาจึงได้ทำการแก้ปัญหาโดยวิธีการทำเครื่องตรวจจับอุณภมิเพื่อระบายอากาศพบว่าโครงการชิ้นนี้ตอบสนองต่อเกษตกรอย่างมากดังนั้นเพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวผู้ประดิษฐ์จึงได้จัดทำฟาร์มเลี้ยงหมูอัจฉริยะขึ้น

2.วัตถุประสงค์

1.เพื่อควบคุมอุณภูมิและปรับความสมดุลให้กับคอกหมู

2.เพื่อตรวจสอบควบคุมอุณหภูมิในคอกหมู

3.เพื่อความสะดวกสะบายแก่เกษตกร

3.เขียนขอบเขต

1.ระยะเวลาที่ใช้ในการศึกษาและดำเนินการ 1 ภาคเรียน

2.เนื้อหาที่ใช้ในการศึกษาเป็นปัญหาที่พบจากในฟาร์ม และศึกษาค้นคว้าจากในอินเตอร์เน็ต

3.การศึกษาครั้งนี้มุ่งศึกษาเฉพาะสภาพแวดล้อมของฟาร์มและการตอบสนองต่อสิ่งเร้าของหมู

4.ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ

1.สามารถปรับเปลี่ยนอุณหภูมิในคอกหมูได้

2.ช่วยเพิ่มความสะดวกสบายแก่เกษตกร

3.สามารถควบคุมและตรวจสอบอุณหภูมิในคอกหมูได้

5.ความรู้ที่เกี่ยวข้อง

1.DHT22 โมดูลเซนเซอร์วัดความชื้นและอุณหภูมิในตัวเดียว มีความแม่นยำสูง มีตัวต้านทาน Pull up มาแล้วสามารถต่อขาทดลองได้เลยไม่ต้องต่อเพิ่ม

ถ้าต้องการความถูกต้องแม่นยำในการวัดอุณหภูมิและความชื้น แนะนำตัวนี้เลย DHT22 High Accuracy Digital Temperature and Humidity Sensor  DHT22 ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิและความชื้น ออกแบบมาให้วัดได้แม่นยำกว่ารุ่น DHT11  ใช้ง่ายสามารถนำ DHT22 ไปเปลี่ยนแทน DHT11 ได้เลยเพราะโค้ด Arduino DHT22 เขียนเหมือนกัน

ทำงานด้วยไฟ 3.5 ถึง 5.5 โวลต์

กระแสไฟขณะสแตนด์บายอยู่ที่ 60uA ในขณะที่การวัดคือ 0.3mA

ข้อมูลอนุกรมทำหน้าที่เป็นเอาต์พุต

ช่วงการวัดอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ -40 ° C ถึง 80 ° C

อุณหภูมิและความชื้นมีทั้งความละเอียด 16 บิต

ความแม่นยำ -0.5°C และความแม่นยำ 1 เปอร์เซ็นต์

ตัวอย่างโค้ดเรียกใช้งาน

2.MQ135โมดูลตรวจวัดแก๊สที่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ เช่นแก๊สในกลุ่ม NH3,NOx, alcohol, Benzene, CO, CO2 ฯลฯ ทำให้ถูกนำมาใช้ในงานควบคุมสภาพอากาศ, ควบคุมการทำงานของเครื่องฟอกอากาศ

• ใช้แรงดัน 5V
• ให้เอาท์พุตทั้งสัญญาณอนาล๊อคซึ่งเป็นค่าที่วัดได้จริง และสัญญาณดิจิตอลสามารถปรับตั้งระดับแจ้งเตือนได้ (ใช้ LM393 เป็นวงจรเปรียบเทียบแรงดัน)
• เมื่อป้อนแรงดันให้แก่เซ็นเซอร์ ต้องรอการปรับค่าสภาพอากาศเริ่มต้น 20 วินาที ก่อนทำการวัด

มาเริ่มที่วงจร (มาจาก Datasheet) แสดงวิธีการนำคุณสมบัติของเซนเซอร์มาใช้ โดยการกระตุ้นด้วยแรงดัน V_H ซึ่งเป็นแรงดันที่ใช้ในการสร้างความร้อนให้เซนเซอร์เพื่อรักษาคุณสมบัติของการตอบสนองต่อแก๊สไว้ โดย Datasheet ระบุว่ามีการ Preheat เป็นระยะเวลา 48 ชั่วโมง

เมื่อเซนเซอร์อยู่ในสถานะร้อนพร้อมใช้งาน จากวงจรจะเห็นพารามิเตอร์แรงดันอีกตัวเรียกว่าแรงดัน Loop voltage V_c

แรงดันนี้ใช้ในการปล่อยแรงดันให้ตกคร่อมเซนเซอร์(ที่ทำตัวเสมือนตัวต้านทานที่แปรตามมลพิษในอากาศ ซึ่งแรงดันนี้จะต้องไม่เกิน 24V แต่ในตัวอย่างวงจรเราจะเห็นว่าข้อมูลที่ได้ใน Datasheet หลังจากนี้ (ผลการทดลอง) จะใช้แรงดัน 5V เท่ากับแรงดัน V_H  แต่ให้เข้าใจว่าเป็นคนละตัวกัน และไม่จำเป็นต้องมีค่าเท่ากัน

เมื่อมีการปล่อยแรงดันให้ตกคร่อมเซนเซอร์ จะมีกระแสไหลผ่านเซนเซอร์จำนวนมากหากความต้านทานที่เกิดขึ้นบนตัวเซนเซอร์มีค่าต่ำ จึงต้องมีการลิมิตกระแสไว้ด้วยตัวต้านทาน R_L ซึ่งเราจะวัดแรงดันที่ตกคร่อมตัวต้านทานนี้ เพราะแรงดันที่ตกคร่อมตัวต้านทานนี้แปรผันตรงกับกระแสที่ไหลผ่านตัวเซนเซอร์ และแปรผกผันกับตัวต้านทานที่เกิดขึ้นบนตัวเซนเซอร์ และแปรผันตรงกับปริมาณแก๊สพิษในอากาศดังความสัมพันธ์ด้านล่าง

V_RL  ∝ กระแสผ่านเซนเซอร์ ∝  ประมาณ ppm อากาศเป็นพิษ

โดยผลการทดลองที่ให้มากับ Datasheet ทำให้เราทราบการตอบสนองกับแก๊สชนิดต่าง ๆ 4 ตัว ประกอบด้วย แก๊ส H₂ , อากาศ, แอมโมเนีย และโทลูอีน ดังรูป

ตัวอย่างโค้ดเรียกใช้งาน

3.โปรแกรม google sketup

Sketchup (เดิมคือ Google Sketchup) เป็นซอฟต์แวร์สร้างแบบจำลอง 3 มิติที่ใช้งานง่ายและมีฐานข้อมูลแบบจำลองที่ผู้ใช้สร้างขึ้นมากมายพร้อมให้ดาวน์โหลด คุณสามารถใช้เพื่อร่าง (หรือนำเข้า) โมเดลเพื่อช่วยในโครงการทุกประเภทไม่ว่าจะเป็นอาคารเฟอร์นิเจอร์การสร้างวิดีโอเกมการพิมพ์ 3 มิติการออกแบบตกแต่งภายในและสิ่งอื่น ๆ ที่คุณนึกออก

ความโดดเด่นของโปรแกรม SketchUp

โปรแกรม SketchUp มีจุดเด่นมากมายทั้งในส่วนของการทั่วไปสำหรับมือใหม่ที่เพิ่งจะเข้าวงการออกแบบได้ไม่นาน จนถึงฟีเจอร์เสริมต่างๆ สำหรับมืออาชีพที่ช่วยให้งานของนักออกแบบง่ายขึ้น โดยมีรายละเอียดดังนี้ 

1. สามารถใช้งานบนเว็บไซต์ได้
   SketchUp สามารถใช้งานได้ง่ายมากๆ เพียงแค่เข้าเว็บไซต์ sketchup.com คุณก็สามารถออกแบบโมเดล 3 มิติของตัวเองเบื้องต้นได้แล้
2. เครื่องมือเกี่ยวกับการสร้างสถาปัตยกรรมครบถ้วน
   ดังที่ระบุข้างต้นว่า SketchUp เคยเป็นส่วนหนึ่งของ Google และมีการพัฒนาฟีเจอร์ต่างๆ เพื่อสนับสนุน Google Earth ทางบริษัทเจ้าของในปัจจุบันอย่าง Trimble เองก็เป็นบริษัทที่เกี่ยวข้องกับการก่อสร้าง ดังนั้นเครื่องมือต่างๆ ของ SketchUp สำหรับการสร้างงานด้านสถาปัตย์จึงมีครบถ้วนอย่างไม่ต้องสงสัย
3. รองรับระบบ VR Model
   SketchUp ในปัจจุบันมีการพัฒนาให้รองรับระบบ VR ที่คุณสามารถจำลองการสร้างสิ่งก่อสร้างของตัวเองผ่านโลกเสมือน ให้คุณได้เห็นวิวทิวทัศน์และสเกลต่างๆ ที่เหมือนของจริง
4. UX/UI เป็นมิตรกับผู้ใช้ใหม่
   หน้าตาเริ่มต้นของ SketchUp นั้นเรียบง่ายเป็นอย่างมาก ทำให้ผู้ใช้ใหม่ๆ สามารถเข้าถึงโปรแกรมนี้ได้ไม่ยาก แต่หากต้องการที่จะสร้างโมเดลซับซ้อน คุณจำเป็นต้องมีความรู้พื้นฐานด้านการออกแบบและสถาปัตยกรรม เพื่อดึงประสิทธิภาพของโปรแกรมนี้ออกมาได้มากที่สุด
5. Community ที่แข็งแรง พร้อมช่วยกันแก้ปัญหา
   SketchUp ถือเป็นเป็นโปรแกรมที่มีชุมชนผู้ใช้งานเยอะมาก มีการพูดคุย สอบถามเรื่องราวต่างๆ ผ่านเว็บบอร์ดและโซเชียลมีเดียอยู่ตลอด หากมีข้อสงสัยเกี่ยวกับการใช้งานหรือติดปัญหาใดๆ มีโอกาสที่จะมีคนช่วยเหลือค่อนข้างสูง

6.ผลการดำเนินงาน

การทำงานของพัดลมจะเป็นการแสดงถึงการทำงานร่วมกับอุปกรณ์ตัวอื่น ขั้นตอนการทำงานและคำสั่ง มีหลักการดังนี้

6.1 ภาพรวมการทำงานของอุปกรณ์

การทำงานของพัดลม จะมีการประมวลผมจากบอร์ด Node MCU ESP32 โดยรับค่าจากตัวเซนเซอร์ แล้วจึงส่งค่าไปยัง Node MCU ESP32 ในการสั่งการให้Relay สั่งการให้พัดลม

ส่วนของการกล่าวถึงการทดลอง

1.การรับค่าของเซนเซอร์DHT22และMQ135

2.การประมวลผลและส่งข้อมูลต่อไปยังเอาต์พุต

3.การทำงานของเอาต์พุต

การรับค่าของเซนเซอร์

1).ทดลองการตรวจจับอุณหภูมิและค่าดัชนีอากาศ เซนเซอร์DHT22และMQ135

2). ทดลองการส่งค่าข้อมูลไปสู่เอาต์พุต

3). การทำงานของเอาต์พุต ผลที่ได้คือ ความถูกต้องในการรับค่าและส่งมายังตัวประมวลผลแล้วสั่งการให้พัดลมทำงาน

การบันทึกผลการทดลอง การทำงานของเซนเซอร์จากการทดลองวัดค่า

(1)Air qualityจากทั้งหมด10ครั้งพบว่าระบบวัดค่าได้ตรงตามที่ต้องการและตัวDHT22

(2)วัดค่าอุณหภูมิออกมาได้ตรงตามอุณหภูมิจริง

การบันทึกผลการทดลอง การทำงานของพัดลม จากการทดลอง การทำงานของพัดลมได้ทำตามเงื่อนไขทุกอย่างเมื่อรับค่าจากเซนเซอร์ทั้ง2ตัวแล้วพัดระบายอากาศได้ปกติ

ตาราง บันทึกผลการทดลอง

การรับค่าของเซนเซอร์	ทดลอง/ครั้ง	ผลทดลอง/ครั้ง	คิดเป็นร้อยละ
Air quality	10	10	80
TEMP	10	10	100
เงื่อนไข<=21	10	10	80
รวม	30	30	87

โค้ดในส่วนของการทำงาน

7.สรุปผลการทดลอง

จากผลการทดลอง พัดลมทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตรงตามเงื่อนไข ตามที่ทดลอง ได้แก่

1. เซนเซอร์รับค่าและส่งข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว
2. ประมวลผลวัตถุและแสดงค่าออกทางหน้าจอ
3. พัดลมทำงานตามเงื่อนไข

8.เอกสารอ้างอิง

[1] Connected Weather Station with ESP32 | Arduino Project Hub

[2]นายสมพร เจิมพงศ์.ระบบการบริหารฟาร์มเลี้ยงสัตว์ด้วยนวัตกรรมและเทคโนโลยีที่ทันสมัย.2565 สีบค้นเมื่อวันที่ 23 ตุลาคม 2566

[3]การใช้งานเซนเซอร์วัดแก๊ส CO2 ด้วย MQ135 – ModuleMore ขาย arduino และอุปกรณ์/เซนเซอร์/โมดูล สินค้ารับประกันคุณภาพ, ขาย เครื่องมือช่าง, arduino uno, raspberry pi, สอนวิธีใช้งาน ros, esp8266, ขาย esp32, ขาย nodemcu

[4]สอนใช้งาน Arduino DHT22 Module โมดูลวัดอุณหภูมิและความชื้น – ขาย Arduino อุปกรณ์ Arduino คุณภาพดี ราคาถูก ส่งไว ส่งฟรี (cybertice.com)

[5]DHT22 พินเอาต์: วิธีการทำงานและการใช้งาน (pcbthailand.com)

คลิปวิดีโอ VIDEO