ฉบับทีÉ y เล่มทีÉ y, เลขหน้า ] ] – 70, 2560...
TRANSCRIPT
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
55
การพฒนาระบบบนทกและแสดงผลขอมลภมอากาศ
ผานระบบสอสารไรสายซกบ
เกรยงไกร รกคา กตตพนธ คาเรอน และ นพพร พชรประกต *
คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงราย
รบเมอ 3 กมภาพนธ 2560 ตอบรบเมอ 29 มถนายน 2560 เผยแพรออนไลน 1 กรกฎาคม 2560 © 2017 Rajamangala University of Technology Lanna. All Rights Reserved.
บทคดยอ
บทความนนาเสนอการพฒนาระบบบนทกและแสดงผลขอมลภมอากาศททางานผานระบบสอสารไรสายซกบ
และระบบปฏบตการแอนดรอยด เพอทจะใชในการตรวจวดสภาวะภมอากาศ เฝาตดตามสภาพอากาศในปจจบน
และเกบขอมลสถตไวใชในการวเคราะหทางดานพลงงาน สงแวดลอมและเกษตรกรรม โดยเครองบนทกและ
แสดงผลขอมลประกอบเซนเซอรตรวจวดคาอณหภม ความชน ความเรวลม ความเขมแสงอาทตย ปรมาณนาฝน
ซงจะแปลงขอมลเปนคาสญญาณทางไฟฟาและสงขอมลสญญาณไฟฟาผานระบบเครอขายไรสายตามมาตรฐาน
IEEE Zigbee 802.15.4 และเชอมตอกบบอรดไมโครคอนโทรลเลอร Arduino UNO R3 ในการบนทกขอมล
ลงแผนบนทกหนวยความจา และสงผานขอมลไปยงระบบแสดงผลทางคอมพวเตอรและอปกรณโทรศพทมอถอ
พกพาทใชระบบปฏบตการ Android สาหร บแหลงจายพลงงานจะใชพลงงานแสงอาทตยขนาด 20 W
และแบตเตอรสารองพลงงานขนาด 12 V 7.6 Ah เพอเปนแหลงจายใหกบอปกรณอเลกทรอนกส ผลการทดสอบ
ขอมลพบวามความถกตองแมนยาและมคาความผดพลาดอยในระดบไมเกนรอยละ 5
คาหลก : ระบบ Android เครอขายไรสาย ระบบบนทกและแสดงผลขอมลภมอากาศ มาตรฐานซกบ
*Corresponding author : [email protected] โทร. - - 1 ผชวยศาสตราจารย สาขาวศวกรรมไฟฟา
นกศกษา สาขาวศวกรรมไฟฟา
บทความวจย
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
56
A Weather Condition Data Logging and Monitoring System
Via Wireless Zigbee
Kriangkrai Rukkhom2 Kittiphan Khamruean2 and Nopporn Patcharaprakiti1*
Faculty of Engineering, Rajamangala University of Technology Lanna Chiangrai
Received 3 February 2017; accepted 29 June 2017; published online 1 July 2017 © 2017 Rajamangala University of Technology Lanna. All Rights Reserved.
Abstract
This paper presents the development of weather condition data logging and monitoring via wireless
ZigBee standard and android system. In order to measure of climate information is collected and used the
statistics data for energy, environment and agricultural application. The data logger and monitoring system
is composed of sensor to measure this parameter follow as temperature, humidity, velocity, solar irradiation
and rainfall. These parameters is measured and transduce to electrical signal and transmit data via
networking IEEE Zigbee 802.15.4 wireless standard and connect to microcontroller board Arduino UNO
R3 which used for record data to memory and transmitted to computer, notebook or mobile phone which
us android operating system. The solar cell 20 W and battery 12 V 7.6 Ah are used to supply energy for
data logging and monitoring system. The result of measurement found that the accuracy is satisfied and
error of data logging is less than 95%.
Keywords : Android System, Wireless Network, Weather Condition data logger and monitoring System,
Zigbee Standard
*Corresponding author : [email protected] โทร. - - 1 Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, 2 Student, Department of Electrical Engineering
Research Article
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
57
1. บทนา
ปจจบนในประเทศไทยเรมมการตดตงสถาน
ตรวจวดสภาพอากาศแบบอตโนมตเพมมากขน
เพอทจะเกบขอมลของสภาพอากาศในปจจบน เชน
อณหภม ความชน ฝน ความเรวลม และพลงงาน
แสงอาทตย ฯลฯ เพอทจะนาขอมลมาใชในการ
พยากรณสภาพอากาศในอนาคต หรอเพอการแจง
เตอนทางภยพบตทางธรรมชาต เชน แผนดนไหว
นาทวม ไฟปา เปนตน ในดานพลงงานทดแทน ขอมล
ความเขมแสงของดวงอาทตยและความเรวลม
จะนามาใชประเมนศกยภาพและความเหมาะสมใน
การออกแบบ ตดตง ระบบผลตไฟฟาพลง ง าน
แสงอาทตยและพลงงานลม เพอใหเกดประสทธภาพ
และคมคาซงจากการสารวจพบวา ในสถานตรวจวด
อากาศทมในปจจบนคอนขางมราคาแพงและอปกรณ
บางชนตองนาเขาจากตางประเทศ และการพฒนาเพม
เซนเซอรในการตรวจวดคาชนดอนทาไดยากและ
มคาใชจายสง ดงนนการพฒนาชดสถานตรวจวด
อากาศโดยใชบอรดไมโครคอนโทรล เลอร และ
เซนเซอร ทผใชงานสามารถพฒนาไดเองโดยงายจง
เปนทางเลอกทไดรบความสนใจมากขน เนองจากจะ
ทาใหตรงตามความตองการของผใชงานและมตนทนท
ถกกวา โดยการพฒนาสถานตรวจวดอากาศในปจจบน
โดยทวไปม 2 ลกษณะ คอ แบบมสาย และแบบไรสาย
ทงนขนอยก บความเหมาะสมของสถานทตดตงใน
โครงการ ในงานวจย [1] การใชโปรแกรมสาเรจรปเชน
LABVIEW และสายสญญาณในตรวจวดและแสดงผล
ขอมลสภาวะอากาศ แตขอจากดของการสงขอมลแบบ
มสาย คอ ตองลงทนคาใชจายสายสญญาณ ยงยากใน
การเดนสาย และการตดตง ดงนนการสงขอมลแบบ
ไรสายจงไดความนยมสงขนในปจจบน มาตรฐาน
Zigbee (IEEE 802.15.4) เปนมาตรฐานหนงทไดรบ
ความนยมในการสงขอมลแบบไรสาย โดยมการพฒนา
ชดตรวจวดความเขมแสงอาทตย ขอมลสภาวะอากาศ
และเซนเซอรชนดอนๆ [2 - 4] และการปรบปรงขอมล
ใหมความถกตองแมนยา [5 - 6] นอกจากนยงไดมการ
นาพฒนาระบบตรวจวดอากาศโดยใชเครอขายไรสาย
[7] ใชควบคมบานอจฉรยะ [8] และประยกตใชก บ
หลกการอนเตอรเนตเพอทกสง (Internet of Thing) [9]
ดานพลงงาน [10] การเกษตร [11] และการประยกตใช
ในงานดานอนๆ [12] เปนตน ดงนนในบทความนจงได
นาเสนอแนวทางการพฒนาเครองวดบนทกและ
แสดงผลขอมลภมอากาศททางานผานระบบสอสาร
ไรสายซกบ บอรดไมโครคอนโทรลเลอร Arduino UNO
R3 ซงผพฒนาสามารถใชงานไดงาย และเลอกเพม
หรอลดเซนเซอรไดตามความเหมาะสมของผใชงาน
ตามลกษณะงานทงในดานพลงงาน สงแวดลอม
ภยพบตและดานเกษตรกรรม และยงนาไปใชในพนท
หางไกลทไมมแหลงพลงงานไฟฟา โดยใชพลงงาน
แสงอาทตยดวยเซลลแสงอาทตย วงจรอดประจและ
แบตเตอร มาเปนพลงงานจายใหกบอปกรณตางๆททา
การตรวจวด
2.วตถประสงค
1. เพอพฒนาเครองวดบนทกและแสดงผลขอมล
ภมอากาศ ดวยบอรด Audrino UNO R3
2. เพอทดสอบการรบสงขอมลไรสายมาตรฐาน
Zigbee และระบบปฏบตการ Android เปรยบเทยบ
เครองวดอางองและเครองวดทสรางขน
3. ทฤษฎทเกยวของ
ทฤษฎทเกยวของประกอบดวย เซนเซอร
ตรวจวด มาตรฐานการร บสงขอมล Zigbee บอรด
บนทกและเกบขอมล Arduino และระบบแสดงผลขน
ฐานขอมล 3.1 เซนเซอรทใชในการพฒนา แสดงดงรปท 1
ซงประกอบดวย
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
58
วดอณหภม/ความชน DHT 22
วดความเรวลม - m/s
ตรวจจบนาฝน
วดความเขมแสง BH1750
รปท 1 เซนเซอรตรวจวดคาสภาวะภมอากาศ
3.1.1 เซนเซอรวดอณหภมความชน ใช DHT22
ซงสามารถวดอณหภมได -40 - 80 ºC และสามารถ
วดความชนไดรอยละ 0 -100
3.1.2 เซนเซอรวดความเรวลม ใชเซนเซอรวดลม
แบบ 3 ถ วย Wind speed sensor voltage signal
0 - 5 V สามารถวดได 0 - 30 m/s
3. 1. 3 เซน เซอรตรวจจบ นาฝน ใชเซน เซอร
ตรวจจบนาฝน ทใชสญญาณอนาลอกเอาทพทออกมา
0 - 1023
3.1.4 เซนเซอรวดความเขมแสง ใช BH1750 ซง
สามารถวดแสงได 0 - 54612 lux และสามารถแปลง
เปนคา W/m2 ได
3.2 มาตรฐาน ZigBee (IEEE 802.15.4)
ZigBee เปนมาตรฐานสากลอยในมาตรฐาน
IEEE 802.15.4 เปนมาตรฐานการสอสารแบบไรสาย
ทมอตราการรบสงขอมลหลายระดบ ใชพลงงานตา
ราคาถก จดประสงคเพอใหสามารถสรางระบบท
เรยกวา Wireless Sensor Network ได โพรโทคอล
ZigBee ถกออกแบบมาเฉพาะในสวนของ Application
layer, Application support layer และ Network layer
เทานนแตใช MAC layer และ Physical layer ตาม
มาตรฐาน IEEE 802.15.4 โดยใชความถ 2.4 GHz
ม 16 ชองสญญาณ อตราการรบสงขอมล 250 kbps
ซงแบงชนดอปกรณในเครอขายออกเปน 2 ประเภท
คอ
1. FFD ( Full Function Device ) หมายถง อปกรณ
ทสามารถทางานไดทกอยางในเครอขาย
2. RFD (Reduce Function Device) หมาย ถ ง
อปกรณทถกลดความสามารถการทางานในเครอขาย
การแบงชนดของอปกรณยง ไดแบง ต าม
ลกษณะการทางาน คอ
1. Coordinator เ ปนอปกรณประเภท FFD ทา
หนาทสรางระบบเครอขาย กาหนด Network Address
ใหกบ device ทอยในระบบเครอขายไมใหซากน
2. End Device เปนอปกรณปลายทาง สามารถ
เปนอปกรณประเภท FFD หรอ RFD กไดทาหนาท
ตรวจสอบและควบคมการทางานตาง ๆ
3. Router เปนอปกรณประเภท FFD ทาหนาท
รบสงขอมลในเสนทางตาง ๆ ของเครอขาย ตรวจสอบ
และควบคมการทางานตางๆไดเหมอนกบ End device
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
59
รปท 2 รปแบบของ ZigBee Stack
รปท 3 สวนประกอบของหนวยรวมเซนเซอร
อกทงยงทาหนาทเพมระยะใหกบระบบเครอขาย และ
เพมจานวนของจดเชอมตอ
อปกรณโครงขายเซนเซอรไรสายซกบ ไดนา
ชนกายภาพ ( Physical layer) และชนควบคมการ
เขาถง (MAC layer) ของ IEEE 802.15. 4 ซง เ ปน
มาตรฐานการกาหนดการสอสารไรสายสวนบคคล
(Wireless personal area network: WPAN) มาทางาน
ในระดบชนทตากวา (2 ระดบชนลางสด) เชน เรองของ
ระดบกาลงส ญญาณ คณภาพ การควบคม ความ
ปลอดภย ฯลฯ แตในระดบชนถดไปจะเปนรปแบบของ
Zigbee Stack ดงแสดงในรปท 2
3.3 เครอขายเซนเซอรไรสาย
เครอขายเซนเซอรไรสาย (Wireless Sensor
Network) คอ การใชอปกรณเซนเซอรเลกๆ จานวน
มากเพอตรวจวดคณสมบตตางๆ ของสงแวดลอมท
นาสนใจและประมวลผลขอมลเหลานน ซงมหลกการ
ดงรปท 3
3.3.1 กลมสวนประกอบหลก
ก) เซนเซอร (sensor) ทาหนาทวดคาตางๆ
จากสภาพแวดลอมตามแตชนดของเซนเซอร เชน
ความชน อณหภม ความเขมแสง ควน ความเรง
แรงสนสะเทอน ความเคลอนไหว ความลก ความเปน
กรดหรอดาง เปนตน
ข) หนวยร บ-สงขอมลไรสาย (transceiver
unit) ทาหนาทรบ-สงขอมลแบบไรสายในยานความถ
สาธารณะ (ISM band) เพอรบ-สงขอมลระหวางหนวย
รวมเซนเซอรขางเคยง
ค) ห นวยประมวลผล ( processing unit)
ตดตอกบเซนเซอรเพอสงงานหรอรบขอมลทวดไดจาก
เซนเซอร เพอนาไปประมวลผลเปนขอมล จดเกบลงใน
หนวยความจา รอการรองขอขอมลหรออาจสงขอมล
ทนทผานทางหนวยร บ -สงขอมลไรสาย ห นวย
ประมวลผลกลางอาจรบขอมลจากระบบระบตาแหนง
เพอช วย ในการปร ะมวลผลต า งๆ ห รอห น วย
ประมวลผลกลางอาจทาหนาทควบคม การเคลอนท
ของหนวยรวมเซนเซอรผานทางระบบเคลอนท
นอกจากนห นวยประมวลผลกลางยงท าหน าท
ประมวลผลเครอขายและหาเสนทางในการสงขอมล
ของหนวยรวมเซนเซอร
ง) แหลงพลงงาน (power unit) เกบสะสม
พลงงานและใหพลงงานกบทกสวนประกอบบนหนวย
รวมเซนเซอร แหลงพลงงานจะร บพลงงานจาก
แหลงกาเนดพลงงานหากหนวยรวมเซนเซอรม
แหลงกาเนดพลงงาน
3.3.2 กลมสวนประกอบเพมเตม
ก) ระบบระบตาแหนง (positioning unit) เปน
หนวยระบตาแหนงของหนวยรวมเซนเซอรโดยใช
GPS เพอ นาขอมลตาแหนงไปประมวลผล เชน
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
60
รปท 4 บอรดไมโครคอนโทรลเลอรArduino UNO R3
หาเสนทางเพอสงขอมล หาตาแหนงสาหร บการ
เคลอนทของหนวยรวมเซนเซอรเปนตน
ข) ระบบเคลอนท (mobilizing unit) ทาหนาท
เคลอนยายตาแหนงของเซนเซอร เพอวตถประสงค
ตางๆ เชน จดรปแบบโครงสรางเครอขาย ตดตามวตถ
เคลอนทหาสญญาณสอสาร เปนตน
ค) แหลงกาเนดพลงงาน(power generator
unit) ทาหนาทกาเนดพลงงานจากสงแวดลอม เชน
พลงงานลม ความรอน ปฏกรยาเคม การสนสะเทอน
เปนตน ใหเปนพลงงานไฟฟาเพอเกบสะสมและใช
ตอไป เพอชดเชยพลงงานทถกใชไปทาใหตวเซนเซอร
ไรสายทางานไดเปนเวลานาน
. ทฤษฎ ส มองกลอจ ฉ รยะ ดวยไมโคร-
คอนโทรลเลอร
ระบบฝงตว หรอ สมองกลฝงตว เปนระบบ
คอมพวเตอรขนาดจวทฝงไวในอปกรณเครองใชไฟฟา
และเครองเลนอเลกทรอนกสตางๆ เพอเพมความฉลาด
ความสามารถใหกบอปกรณเหลานนผานซอฟตแวร
คาวาระบบฝงตว เกดจากการทระบบนเปนระบบ
ประมวลผลเชนเดยวกบระบบคอมพวเตอร แตวา
ร ะ บ บ น จ ะ ฝ ง ต ว ล ง ใ น อ ป ก ร ณ อ น ๆ ท ไ ม ใ ช
เครองคอมพวเตอร
บอรดไมโครคอนโทรลเลอร(Microcontroller
Board) Arduino Uno R3 ดงแสดงในรปท 4 เปนบอรด
ไ ม โ ค ร ค อ น โ ท ร ล เ ล อ ร แบ บ Open- source บ น
แพลตฟอรม Arduino ของแทจากผผลต arduino.cc
ประเทศอตาล ออกแบบมาใหใชงานไดงาย ใชชพ
ATmega328 เปนแบบ PDIP เมอมการเสยกสามารถ
ถอดออก และเปลยนใหมได ม Digital Input / Output
14 พอรต สามารถทางานแบบ PWM (pulse width
modulate) ทงหมด 6 พอรต มสวนแปลงสญญาณ
อนาลอกเปนดจตอล (Analog to Digital Converter)
ทงหมด 6 พอรต บนบอรดตดตงส ญญาณนาฬกา
ภายนอก ความถ 16 MHz พรอมดวยพอรต USB และ
หวเสยบไฟเลยงบอรด บนบอรดยงสามารถดาวนโหลด
โปรแกรมโดยตรงได โดยผานหวเสยบ ICSP และยงม
ป ม Reset ใหบนบอรดอกดวย บนบอรดตดตง
ไมโครคอนโทรเลอร ATmega16U เพอชวยในการสง
ขอมลแบบอนกรมผานทาง USB (Usb to Serial
Converter) การสงผานขอมลสามารถทาไดรวดเรว
3.5 เครองเกบขอมล (Data Logger)
Data logger คอ อปกรณทใชสาหร บ เกบ
บนทกขอมลทเปนสญญาณชนดตางๆ โดย Data
Logger จะม Memory สาหร บ เกบคาทว ดไดขอ ง
สญญาณ ตามชวงเวลาการบนทกทกาหนดไวโดย
อต โนมต และใชคอมพว เตอร ในการ เรยกอ าน
ขอมลจากหนวยความจาของ Data Logger ดงแสดง
ในรปท 5
จากรปท 5 Data Logger จะร บคาทบนทก
จากตว Sensor นามาผาน Signal Convertor เพอทา
การแปลงสญญาณทรบมาใหเปนสญญาณท A/D ของ
Data Logger สามารถนามาใชในการแปลงใหเ ปน
ขอมล Digital ไดหลงจากนน Data Logger อาจนา
ขอมล Digital นนมาประมวลผลหรอนาขอมลมา
ตรวจสอบเพอทาการสงสญญาณไปเตอนผใชวาขอมล
มคามากไปหรอนอยไปได แลวจงนาขอมลทไดไป
เกบบนทกใน Memory ของ Data logger หรอบนหนา
จอคอมพวเตอรได
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
61
รปท 5 ฟงกชนการทางานของ Data Logger
รปท 6 บลอกไดอะแกรมแสดงการทางานของระบบ
4. กรอบแนวคด
กรอบแนวคดงานวจยแสดงดงในรปท 6
ทระบภาพรวมของระบบภาครบ โดยมเซนเซอร
ตรวจวดคาสภาวะอากาศ คอ อณหภม ความชน
ความเขมแสง ความเรวลม การตรวจจบนาฝนโดยใช
ไมโครคอนโทรลเลอร Arduino ทเกบบนทกขอมลใน
SD Card ได และสงขอมลตรวจวดสภาวะอากาศผาน
ระบบซกบและไมโครคอนโทรลเลอร Arduino ท
แสดงผลบนหนาจอคอมพวเตอรหรอระบบ Android ใน
มอถอหรอสมารทโฟนได
5. วธการวจย
ในการดาเนนงานวจย มกระบวนการทางานดง
แสดงในรปท 7 ในการทางานของระบบนนจะประกอบ
ไปดวย 2 สวนคอภาคสงและภาครบ
5.1 ภาคสง จะมเซนเซอรอย 5 ตว จากนนบอรด
ไมโครคอนโทรลเลอรจะรบสญญาณจากเซนเซอรมา
เพอประมวลผลตางๆและสงไปบนทกขอมล ในสวน
Data Logger ใน SD Card จากนนกสงไปยงโมดลสง
ขอมลไรสาย Zigbee เพอทจะสงขอมลไปยงภาครบ
รายละเอยดบลอกไดอะแกรมภาคสง แสดงดงรปท 8
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
62
รปท 7 กระบวนการทางาน
5. 2 ภ าคร บ เ มอ ไดร บขอม ล กจ ะมาท าการ
ประมวลผลในบอรดไมโครคอนโทรเลอรจากนนบอรด
ไมโครคอนโทรลเลอรกจะมโมดลไวไฟอกหนงตวโดยท
โมดลไวไฟจะรบสญญาณ IP มาจากเราเตอรเพอทจะ
สงขอมลเขาไปยง Database เพอทจะแสดงขอมลใน
คอมพวเตอรและแสดงขอมลในมอถอได รายละเอยด
บลอกไดอะแกรมภาคสง แสดงดงรปท 7
การออกแบบโครงสราง และชดรบทตดตง
เซนเซอรไมโครคอนโทรลเลอร กลองควบคมและ
แผงวงจรเซลลแสงอาทตย แสดงดงรปท 10 และภาพ
ชดเสาตรวจอากาศทสรางขนมาจรงแสดงดงรปท 11
และวงจรภายในดงรปท 12
6. ผลการทดลองและการอภปราย
ในการทดลองชดบนทกและแสดงผลขอมล
สภาวะอากาศ ไดทาการทดลอง สวน คอ การทดลอง
ระยะในพนทโลง เพอหาระยะทาการรบสงขอมล และ
การทดลองเกบขอมลจรงตามลกษณะการใชงาน โดย
ใหภาครบอยในตวอาคาร ผลการทดลองการร บสง
ขอมลในพนทโลง แสดงไดดงตารางท ซงพบระยะท
รบสงขอมลไดสงสด m
. การทดลองเกบขอมลในพนทโลงและระยะ
ทาการจรงตามลกษณะการใชงาน
ในการทดลองเกบขอมลจรงตามลกษณะการ
ใชงาน ไดนาเสาตรวจอากาศไปไวบนดาดฟา และทา
การทดลองรบสงขอมลภายในตก ผลปรากฏวา
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
63
รปท 8 บลอกไดอะแกรมภาคสง
รปท 9 บลอกไดอะแกรมภาครบ
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
64
รปท 10 การออกแบบโครงสรางของเสาตรวจวด
อากาศ
รปท 11 เสาตรวจอากาศทสรางขนมา
รปท 12 อปกรณภายในตเสาสงขอมล
รปท 13 ภาครบขอมลแสดงผลในคอมพวเตอรและ
แอนดรอยด
สามารถรบสงขอมลไดถงชน ของอาคาร ซงม
ระยะทาง m ดงแสดงในรปท
6.2 การแสดงผลในคอมพวเตอร
ในสวนของการแสดงผลในระบบคอมพวเตอร
แบงออกเปน 2 สวน คอ แสดงแบบตารางโดยใช
โปรแกรม Appserv และแสดงแบบกราฟโดยใช
โปรแกรม ThingSpeak แ ล ะ ร ะบบแอนด ร อ ย ด
ดงแสดงในรปท 14 และ 15
6.3 ผลทดลองเทยบคาผดพลาด
ทาการทดลองเทยบคาความผดพลาดของ
เครองวดทสรางขนและเครองวดทใชงานทวไป ทาการ
ทดลอง ในวนท 8 กรกฎาคม 2559 โดย เทยบ
คาความชน อณหภม ความเขมแสง ความเรวลม และ
หาคาความผดพลาดกบเครองวดอางอง โดยใชสมการ
ท 1 ผลการเปรยบเทยบคาความถกตองของความชน
อณหภม ความเรวลม ความเขมแสง แสดงดงตารางท
2 – 5 และรปท 16 - 20
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
65
ตารางท 1 ผลการทดลองการรบสงขอมลในพนทโลง
ระยะทดลอง (เมตร) การรบสงขอมลในพนทโลง การรบสงขอมลในตวอาคาร
10 ได ได
20 ได ได
30 ได ได
40 ได ได
50 ได ได
60 ได ได
70 ได ได
80 ได ไมได
90 ได ไมได
100 ได ไมได
110 ได ไมได
120 ได ไมได
130 ไมได ไมได
ตารางท 2 ผลเปรยบเทยบคาความถกตองของความชนสมพทธ เวลา (h) ความชนเครองวดอางอง (%RH) ความชนเซนเซอร (%RH) ความผดพลาด (%)
8 78.5 77.3 1.53
9 68.1 65.2 4.26
10 56.4 54.4 3.55
11 39.6 37.1 6.31
12 45.2 44.6 1.33
13 54.6 51.9 4.95
14 44.8 41.7 6.92
15 41.7 38 8.87
16 52.3 50 4.40
17 54.1 51.3 5.18
คาเฉลย 53.53 51.15 4.73
การหาเปอรเซนตความผดพลาด
Error =คาเครองวดอางอง คาเซนเซอร
คาเครองวดอางอง×100 (1)
จากตารางท 2 แสดงผลการเปรยบเทยบคาความถกตองระหวางเครองวดอางอง และความชนเซนเซอรทพฒนาขน ซงพบวามคาความชนสมพทธจากเครองวดอางองเฉลยรอยละ 53.53 และความชน
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
66
ตารางท 3 ผลเปรยบเทยบคาความถกตองของอณหภม เวลา อณหภมเครองวดอางอง (ºC) อณหภมเซนเซอร (ºC) ความผดพลาด (%)
8 27.6 26.4 4.35
9 29.5 28.2 4.41
10 30.2 30.7 -1.66
11 33.2 34.4 -3.61
12 31.4 30.9 1.59
13 31.8 30.2 5.03
14 31.6 31.8 -0.63
15 33.1 32.8 0.91
16 30.9 30.1 2.59
17 32.1 30 6.54
คาเฉลย 31.14 30.55 1.95
ตารางท 4 ผลเปรยบเทยบคาความถกตองของความเรวลม เวลา เครองวดลมอางอง (m/s) เซนเซอรลม (m/s) ความผดพลาด (%)
8 2.2 2.2 0%
9 1.4 1.3 7%
10 2.1 2.1 0%
11 1.3 1.2 8%
12 2.4 2.3 4%
13 3.2 3.1 3%
14 2.1 2.1 0%
15 2 2.1 -5%
16 0.05 0 -
17 0.2 0 -
คาเฉลย 2.09 2.05 2%
สมพทธเฉลยรอยละ 51.15 และมคาความผดพลาดเฉลยรอยละ 4.73 โดยคาความผดพลาดจะเกดสงในชวงคาความชนสมพทธตา
จากตารางท 3 แสดงผลการเปรยบเทยบ คาความถกตองระหวางอณหภมและเซนเซอรอณหภมทพฒนาขน ซงพบวามคาอณหภมจากเครองวดอางอง
เฉลย 31.14ºC และอณหภมจากเซนเซอร 30.55 ºC และมคาความผดพลาดเฉลยรอยละ 1.95 จากตารางท 4 แสดงผลการเปรยบเทยบการวดคาความถกตองของความเรวลมระหวางเครองวดอางองและเซนเซอรวดความเรวลมทพฒนาขน ซง
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
67
ตารางท 5 ผลการทดลองเปรยบเทยบคาความถกตองของความเขมแสง เวลา เครองวดแสงอางอง (W/m2) เซนเซอรแสง (W/m2) ความผดพลาด (%)
8 2.2 2.2 0%
9 1.4 1.3 7%
10 2.1 2.1 0%
11 1.3 1.2 8%
12 2.4 2.3 4%
13 3.2 3.1 3%
14 2.1 2.1 0%
15 2 2.1 -5%
16 0.05 0 -
17 0.2 0 -
คาเฉลย 2.09 2.05 2%
ตารางท 6 สรปความผดพลาดของพารามเตอรทตรวจวด ลาดบ คาพารามเตอร ความผดพลาด (%)
1 ความชนสมพนธ 4.73
2 อณหภม 1.95
3 ความเรวลม 2.00
4 ความเขมแสง 3.14
รปท 20 กราฟแสดงขอมลความชน 24 h รปท 21 กราฟแสดงขอมลอณหภม 24 h
รปท 22 กราฟแสดงขอมลตรวจจบนาฝน 24 h
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
68
รปท 23 กราฟแสดงขอมลความเรวลม 24 h
รปท 24 กราฟแสดงขอมลความเขมแสง 24 h
พบวามคาความเรวลมจากเครองวดอางอง มคาเฉลยรอยละ 2.09 และความเรวลมจากเซนเซอร เฉลย รอยละ 2.05 และมคาความผดพลาดเฉลยรอยละ 2 โดยคาความผดพลาดจะเกดสงในชวงความเรวลม มคาตา
จากตารางท 5 แสดงผลการเปรยบเทยบการ
วดคาความถกตองของความเขมแสงระหวางเครองวด
อางอง และเซนเซอรว ดความเขมแสงทพฒนาขน
ซงพบวามคาความเขมแสงจากเครองวดอางองม
คาเฉลย 347.5 W/m2 และความเขมแสงจากเซนเซอร
เฉลย 340 W/m2 และมคาความผดพล าด เฉลย
รอยละ 3.14 โดยคาความผดพลาดจะเกดสงในชวง
ความเขมแสงมคาตา
หลงจากไดทาการทดสอบคาความถกตองของ
พารามเตอรแตละตว พบวามคาความผดพลาดดง
แสดงดงตาราง ซงมคาความผดพลาดไมเกนรอยละ 5
ดงแสดงในตารางท 6
6.4 ผลทดลองเกบขอมล 24 ชวโมง
จงไดทาการเกบคาทดลอง ความชนสมพทธ
อณหภม ความเรวลม และความเขมแสง เปนเวลา
24 h เวลา pm วนท 8/7/59 - เวลา pm วนท
9/7/59
จากการทดลองเบองตนไดทาการเกบขอมล
24 hr แลวนามาแสดงผลในรปแบบกราฟในวนเวลา
ดงกลาวจะเหนผลไดวา ความชนจะมคาสงสดอยท
รอยละ 93.7 ในชวงเวลาประมาณ 3 am และมคาตาสด
รอยละ 32.9 ในชวงเวลาประมาณ 3 pm คาอณหภม
จะมคาสงสดอยท 35.2 ºC ในชวงเวลาประมาณ pm
และมคาตาสด 23.9 ºC ในชวงเวลาประมาณ am
คาตรวจจบนาฝนจะมคาเปลยนแปลงเนองจากวนททา
การทดลองมฝนตกบางชวง คาความเรวลมจะม
คาสงสดอยท 6 m/s ในชวงเวลาประมาณ pm และม
คาตาสด 0 m/s คาความเขมแสงจะมคาสงสดอยท
1173 W/m2 ในชวงบาย และมคาตาสด 0 W/m2
ในชวงเวลากลางคนและเชามด อยางไรกตามหาก
ตองการใชขอมลทถกตองแมนยา ควรนาเครองวดและ
บนทกขอมลไปทาการสอบเทยบกบเครองวดมาตรฐาน
อางองทไดรบการรองรบตามมาตรฐาน ISO17025 ก
จะทาใหเครองมอและขอมลทตรวจวดมความนาเชอถอ
และยอมรบไดมากยงขน
7. สรป
บทความนนาเสนอการพฒนาชดตรวจวดและ
บนทกขอมล พรอมแสดงผลสภาวะอากาศ อณหภม
ความชน ความเรวลม ความเขมแสงอาทตยและ
ปรมาณนาฝน โดยใชเซนเซอรและบอรด Arduino ใน
การพฒนา จากผลการทดลองพบวาในการรบสงขอมล
แบบไรสายใชไดจรงและใชโมดล Zigbee มาเปน
ตวร บสงขอมลไดไกลสดในทโลง 120 m และเมอ
นาเสาตรวจอากาศขนไปไวบนดาดฟา การรบสงขอมล
ไดไกลสดถงชน 3 ของอาคาร คดเปนระยะทาง
ประมาณ 70 m ทงนเนองมาจากสงกดขวางของตวตก
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
69
และสงอน ๆ ในสวนการแสดงผลนนมการแสดงแบบ
ตารางโดยใชโปรแกรม Appserv และแสดงแบบกราฟ
โดยใชโปรแกรม ThingSpeak ไดแสดงผลเปน 2 สวน
คอแสดงในระบบคอมพวเตอร ในระบบคอมพวเตอร
แสดงใน Database ทสามารถเกบขอมล ไดแล ะ
สามารถดยอนหลงไดและไดแสดงแบบ Real time ใน
ทก ๆ 30 s สวนการแสดงในระบบแอนดรอยดมการ
แสดงแบบ Real time ในการแสดงผลนนจะแสดงไดใน
ระยะ Wifi ทปลอยสญญาณมาเทานน จากผลการ
ทดลองใชเครองวดเทยบอางองเหนไดวาเสาตรวจ
อากาศทสรางขนนนใชไดจรงมคาใกลเคยงกนอาจจะม
คาผดพลาดเลกนอย ซงสามารถนาชดตรวจวดไปทา
การสอบเทยบเพอนาไปใชในการเกบขอมลจรงตอไป
8. กตตกรรมประกาศ
ผ วจ ย ข อขอบพระคณมห า วท ย า ลย
เทคโนโลยราชมงคลลานนาเชยงรายทไดใหความ
อนเคราะหสถานทในการทดลองวจย
9. เอกสารอางอง
[1] M. Benghanem. A low cost wireless data
acquisition system for weather station
monitoring, Renewable Energy 35( 2010) :
862–872., 2010.
[2] S. F. Abdul Aziz, S. I. Sulaiman, H. Zainuddin.
A Prototype of an Integrated Pyranometer
for Measuring Multi- Parameters, Malaysia. ,
2013.
[3] Firdaus, Ahriman, R. Akbar, E. Nugroho.
Wireless Sensor Networks for Microclimate
Telemonitoring using ZigBee and WiFi,
Indonesia., 2014.
[4] J. T. Devaraju, K. R. Suhas, H. K. Mohana,
Vijaykumar A. Patil. Wireless Portable
Microcontroller based Weather Monitoring
Station, Journal Measurement, Volume 76,
December 2015 : 189 – 200., 2015
[5] W. Tsai Sung, J. Ho Chen, C. Li Hsiao,
J. Syun Lin. Multi- Sensors Data Fusion
Based on Arduino Board and XBee Module
Technology, Taiwan.2014
[6] S. Kabir, M. A. Shorif, H. Li, Q. Yu. A Study
of Secured Wireless Sensor Networks with
Xbee and Arduino, 2nd International
Conference on Systems and Informatics
( ICSAI) , 15 - 17 Nov. 2014, Shanghai,
China., 2014.
[7] M. Kollam, S. R. Bhagya Shree Shree.
Zigbee Wireless Sensor Network for Better
Interactive Industrial Automation, Third
International Conference on Advanced
Computing ( ICoAC) , 14- 16 Dec. 2011,
Chennai, India., 2011.
[8] M. Rahaman Laskara, R. Bhattacharjeea,
M. Sau Giria and P. Bhattacharyab. Weather
Forecasting using Arduino Based Cube-Sat,
Procedia Computer Science 8 9 : 3 20 –
323., 2016.
[9] B. Lia, J. Yu. Research and application on
the smart home based on component
technologies and Internet of Things,
Procedia Engineering 15 : 2087 – 2092. ,
2011.
[10] S. Nontasud. The Control of Electrical
Energy Consumption using Wireless
Automated System, Procedia Engineering
8 : 15–18., 2011.
[11] E. Goldshteina and et. al. Development of
an automatic monitoring trap for
เกรยงไกร รกคา และคณะ, วารสารวจยเทคโนโลยนวตกรรม, ฉบบท เลมท , เลขหนา – 70, 2560.
70
Mediterranean fruit fly (Ceratitis capitata) to
optimize control applications frequency,
Computers and Electronics in Agriculture,
Volume 139, 15 June 2017 : 115 –125. ,
2017.
[12] G.Ohring and et.al. Applications of Satellite
remote sensing in numerical weather and
climate prediction, Advance Space Res.
30(11) : 2433 - 2439., 2002.