ทำไมต้องสมารท์โฮม (Smart Home)

เกริ่นนำ

ต้องยอมรับว่า เทคโนโลยีแบบไร้สายที่ เข้ามาเปลี่ยนแปลงเริ่มในยุค90sเป็นต้นมามีผลกระทบกับการใช้ชีวิตในปัจจุบันของเราอย่างมาก มันทำให้เราได้ติดต่อกันได้ไม่ว่าจะเป็นการสนทนาเสียง ส่งขัอความ ส่งข้อมูลภาพ วิดีโอ ไฟล์ต่างๆ ผ่านระบบไร้สายจากอุปกรณ์ Device แบบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น มือถือ PC แทปเลต ต่างๆ รวมไปถึง อุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆที่ส่งข้อมูลผ่าน เครือข่ายอินเตอร์เน็ต หรือ เครือข่ายระบบปิดต่างๆ เช่นกล้องวงจรปิด อุปกรณ์ส่งข้อมูลระยะไกลอื่นๆ

ในช่วง 1990s การเชื่อมต่อส่วนใหญ่ยังเป็นระบบปิด การส่งข้อมูลบนอินเตอร์เน็ตที่ครอบคลุมไปยังบ้านเรือนคงยังเป็นระบบโมเด็มที่ส่งผ่าน เครืองข่าย Analog ผานระบบโทรศัพท์ ซึ่งมีความเร็วน้อย 8Kbps -56Kbps ผ่านสิ่งที่เรียกว่า Analog Modem ในสมัยนั้น ส่วนมือถือก็มีไว้โทรแบบเสียง และมีระบบเพจเจอ ไว้ส่งข้อความ

ในช่วง 2000s เครือข่ายอินเตอร์เน็ตได้เข้ามาเชื่อมต่อกับเครือข่ายมือถิอระบบเก่าที่ส่งได้แค่เสียงสนทนา เพิ่มการส่งข้อมูลใน แบบ GPRS และเปลี่ยเป็น 2G 3G มือถือได้พัฒนาเป็น Smart Phone
สามารถทำอะไรได้มากขึ้น มือถือก็มีขนาดเล็กลงและมีหน้าจอแบบสัมผ้สไร้ปุ่มกด ระบบกล้องวงจรปิดที่เริ่มทำการระวังแบบออนไลน์ได้  ยุคVirtualization ก็เกิดในยุคนี้เนื่องจากความเร็ว CPU เริ่มมากขึ้นและมีระบบการทำงานแบบ Mult-core CPUs

ในช่วง 2010s เครือข่ายเริ่มเปลี่ยน 4G จน 5Gในปัจจุบัน โดยมีความเร็วเพิ่มขึ้นมาอยู่ในระดับ Gbps  และมีเครื่อข่าย RoLa ฟรี , WAN และ SDWAN ในปัจจบัน และ อื่นๆ มือถือSmart Phone มี CPU หลายcore และมี Memory เท่ากับ PC แค่มีหน้าจอเล็กกว่า แต่ส่วนอื่นๆและ Application ที่รองรับเริ่มจะมากกว่า PC
และสามารถซื้อหามาใช้ด้วยราคาที่ถูกกว่ามาก เพราะเป็น MASS product และเราได้เข้าสู่ยุต Automation ( คือการรับข้อมูล นำมาประมวลผลว่าจะต้องทำอะไรเพื่อแก้ปัญหา และสั่งให้ทำงานอัตโนมัติเพื่อแก้ไขปัญหานั้นๆ)

จะเห็นว่าในอนาคตนั้นเราหลีกเลี่ยง IOT ไม่ได้ด้วยเหตุผลดังนี้
1. ความเร็วในการส่งข้อมูลแบบไร้สายมีความเร็วสูง เสถียร และปลอดภัย
2. IOT Device มีขนาดเล็กลง ประสิทธิภาพดีขึ้นและราคาถูกลง

• Smart Phone จะเป็นสิ่งที่ติดตัวกับเราตลอดเวลา เสมือนกระเป๋าตัง(Wallet)  กุณแจรถ (Smart Car Key)  กุญแจบ้าน (Smart Home Key)  ล้วนอยู่ในมือถือ โดยที่เราจะเรียกว่ามือถือเป็นบัตรประชาชนที่ต้องพกติดตัว  ( Personal User Identity)
• Micro Controler, Micor Processor ที่ฝังอยู่ในตัวเครื่องใช้ต่างๆเช่น Smart TV ตู้เย็น กล้องวงจรปิด IP Camera หม้อหุงข้าว ไฟส่องสว่าง มอร์เตอร์ ประตูไฟฟ้า เรื่มมีราคาถูกลงและทำงานหลายอย่างมากกว่าเดิม

3. คามต้องการของมนุษย์ ที่ต้องการความรวดเร็วในการเฝ้าระวัง ตอบสนองและตัดสินใจทีเป็นแบบ Online

แล้วIOT เข้าไปเกี่ยวในส่วยไหนละครับ คงมีคำถามในใจ ก็เมือไหร่ที่เราต้องการทำขั้นตอนใดก็ตามให้เป็นระบบอัตโนมัติที่ตัดสินใจเองได้  ตรงส่วนนี้ละครับที่เราให้ อุปกรณ์ IOT มาช่วยทำงาน Routine แทนมนุษย์ แล้วถามว่าจะลงทุนสูงไหม คำตอบคือ ไม่ถูกและไม่สูง ขึ้นอยู่กับว่างานซับซ้อนขนาดไหน
ถ้านำไปปิดเปิดสวิทไฟในบ้านผ่านอินเตอร์เน็ต ก็น่าจะไม่เกินห้าร้อยบาท แต่ถ้านำไปควบคุมรับข้อมูลและประมวลผลเช่น ทำระบบรดน้ำต้นไม้อัตโนมัติ หรือให้ปุ๋ยอัตโนมัติ โดยวัดค่าPH ความชื้น ในดินและอากาศ
อันนี้ก็น่าจะหลักพัน แต่ก็เป็นการลงทุนครั้งเดียวแต่ใช้งานได้ระยะยาวในระบบ Smart Farm

อะไรๆก็เริ่มต้นด้วยคำว่า Smart หรือ อัจฉริยะ ก็จะมี IOT เข้าไปข้องเกี่ยวทันที

เด๋วจะมาสอนไปบ่นไปใหม่พรุ่งนี้จ๊ะ 


20/11/18 เขียนต่อ
ในบทความนี้ หลังจากได้ศึกษามาสัก1เดือน จึงคิดว่าจะ ศึกษาโดยใช้บอร์ด ESP-01 (สามสิบาท) และ บอร์ดWeMOS Wifi Bluetooth Battery และ OLED ซึ่งมาบนบอร์ดเดียวกันหมดเป็นตัวตั้งต้น แถมราคาถูก (สามร้อยกว่าบาท) มาเป็น IOT device ที่จะทำการทดลอง ก่อนอื่นก็ขอเล่าก่อนว่า ก็ได้ไปอ่านบทความของคนไทยและต่างประเทศ ที่มีเขียนกันไว้และได้ Source Code ที่สำคัญๆ มาจากGitHub หลายส่วนเอามาผสมปนเปกัน หากมีอะไรไปซำ้หรือเอารูปมาก็ขออภัยไว้ณที่นี้ด้วย เพราะมันเป็นข้อมูลดิบที่ตรงกัน ส่วนคนที่เอาไปรวบรวมพัฒนาต่อแบบผมก็คงไม่ว่ากันนะครับ

ก่อนอื่นต้องมาทำความรู้จัก Chip ESP ว่ามาจากไหนก่อน เลยขอ copy ที่เขียนทิ้งไว้ใน MSword เอามาแปะเลยละกัน

ESP32 จากบริษัทEspressif  เป็น Micro controller ประเภทหนึ่ง หรือ PC ตัวเล็กๆตัวหนึ่ง ที่ต้องการทำหน้าที่บางอย่างเกี่ยวกับการรับข้อมูล (Input receive)  เอาข้อมูลมาประมวลผลพร้อมตัดสินใจ (Compute & Decision)  ที่จะส่งการควบควบคุม  control output) ไปยังอุปกรณ์ปลายทาง แทบจะเรียกได้ว่าเป็น PC ที่ตัวเล็กที่สุดในโลก

โดยรวมๆ พวกที่เป็นอุปกรณ์แบบนี้ก็จะมี พวก PLC  Xylink Microcontroller ต่างที่ใช้ในงานเฉพาะด้าน แต่อุปกรณ์ส่วนใหญ่จะไม่มีการเชื่อมต่อเข้าInternet และใช้เป็นระบบปิด

แต่หลังจากยุคที่การสื่อสารที่มีความเร็วสูงขึ้นทำให้ มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงโมเดลของ IT และ รูปแบบการวาง ข้อมูลแบบรวมที่จุดเดียว Single Data Consolidate สู่การวางข้อมูลเพื่อให้ข้อมูลกระจายอยู่ทุกที่ ที่เรียกว่า Distributed Data โดยมีหลักการว่าข้อมูลที่ต้องการต้องอยู่ใกล้อุปกรณ์นั้นมากที่สุด

จากยุค IT ที่เป็น Data Center(DC) ส่งข้อมูลภายในองกรณ์  สู่ยุค IOT ที่ Data Center ใช้เส้นทางส่งข้อมูลแบบสาธารณะผ่านInternet

เปลี่ยน จาก Server ใน DC  รับส่งข้อมูลไป PC ( Linux / Windows) สู่ Mobile และ Tablet (2000s)  ที่ใช้โดยคน และเพิ่มด้วย  Server ส่งข้อมูลต่างๆ ไปยังอุปกรณ์ภายในบ้าน โรงงาน และ สำนักงาน ที่ถูกติดตั้งให้ทำงานอัตโนมัติ โดยไม่ต้องใช้คนดูแล แต่ใช้พวกไมโครคอนโทรลเลอราคาถูกทำงาน Routine แทน

นี่เป็นการเข้าสู่ยุค IOT (Internet of Thing) อย่างแท้จริง สิ่งที่ได้มาคือคนไม่ต้องคอยจดจำว่าต้องทำอะไรบ้างหรือ ต้องเสียเวลาทำอะไร โดยให้พวกอุปกรณ์อำนวยความสะดวกที่ฝัง Chip เหล่านี้ไว้

เมื่อเปรียบเทียบ อุปกรณ์ ที่เป็น SOC (System on Chip) ระบบการทำงานที่อยู่บนชิบตัวเดียว เช่น RASBery PI , Arduino และ ตัวไมโคครคอนโทรลเลอร์ยี่ห้ออื่นๆ  ESP32 จะมีข้อดี คือ มันมี 2แกน และมี WIFI Bluetooth อยู่ในบอร์ดเดียวกันเลย ไม่ต้องซื้อบอร์ดแยกเป็น Module อื่นๆ (ปี 2018) 

และ ESP32 สามารถลง OS (Operating System ) ได้หลายยี่ห้อ ไม่ว่าจะเป็น MicroPhyton , ESP32 Ardiuno Core Os , Mongoose OS , FreeRTOS ซึ่งเราสามารถเลือกลง Firmware / OS ได้ โดยแต่ละอันก็จะมีข้อดีข้อเสียต่างกันเช่น ใช้งานเข้าใจง่าย หรือการทำงานแบบ parallel ได้ จะใช้ตังไหนก็ต้องไปหัดเขียนภาษาบน OS นั้นๆ เหมือนกับ เมื่อ Develop App บนWindows ก็ต้องเขียนโดยใช้ .Net Framework ประมานนั้น

ปล ผู้เขียนพยายามอธิบายแบบให้เข้าใจง่ายๆ อาจไม่ถูกต้อง100% สำหรับขั้นผู้ใช้มือใหม่  (Beginner) ซึ่งจะอธิบายในชั้น Advance ต่อไปภายหลัง

ESP32 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่รองรับการเชื่อมต่อ WiFi มีความสามารถการเชื่อมต่อ Bluetooth Low-Energy (BLE, BT4.0, Bluetooth Smart) ผลิตโดยบริษัท Espressif จากประเทศจีน

ESP32 ได้แก้ไขจุดด้อยต่างๆของ esp8266 ตัวเก่าไปจนหมด ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของ I/O และ Analog input ที่มีไม่เพียงพอกับการใช้งาน และ ปรับสเปคของ hardware ให้สูงขึ้น มีความเสถียรภาพสูง

จึงคาดว่าน่าจะเป็นตัวเลือกหลักๆของการทำอุปกรณ์ Automation ปี 2018-2020 ภายในบ้านเพราะมีราคาถูกกว่าตัวอื่นๆด้วย และสามารถนำมาใช้งานโดยใช้โปรแกรมที่เขียนCode ต่าง เช่น Arduino IDE , PlatformOS  และ ToolsChain ที่ทาง Esprssif ให้มา พร้อมทั้ง Source Code ตัวอย่างโปรแกรมและVideoใน Youtube อีกมาก

แนะนำ ESP32

ESP32 เป็นชื่อของไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์ที่รองรับการเชื่อมต่อ WiFi มีความสามารถการเชื่อมต่อ Bluetooth Low-Energy (BLE, BT4.0, Bluetooth Smart) ผลิตโดยบริษัท Espressif จากประเทศจีน

ESP32 ได้แก้ไขจุดด้อยต่างๆของ esp8266 ไปจนหมด ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของ I/O และ Analog input ที่มีไม่เพียงพอกับการใช้งาน และ ปรับสเปคของ hardware ให้สูงขึ้น มีความเสถียรภาพสูง

ESP32 ฟีเจอร์หลัก

240 MHz dual core Tensilica LX6 microcontroller with 600 DMIPS

Integrated 520 KB SRAM

Integrated 802.11 b/g/n HT40 Wi-Fi transceiver, baseband, stack and LwIP

Integrated dual mode Bluetooth (classic and BLE)

16 MB flash, memory-mapped to the CPU code space

2.3V to 3.6V operating voltage

-40°C to +125°C operating temperature

On-board PCB antenna (เสาอากาศแบบ PCB บนตัว)/ IPEX connector for external antenna

มาตรฐานรองรับด้านความปลอดภัย

WEP, WPA/WPA2 PSK/Enterprise

Hardware-accelerated encryption: AES/SHA2/Elliptical

Curve Cryptography/RSA-4096

ความสามารถ

Max data rate of 150 Mbps@11n HT40, 72 Mbps@11n HT20, 54

Maximum transmit power of 19.5 dBm@11b, 16.5 dBm@11g, 15.5 dBm@11n

Minimum receiver sensitivity of -97 dBm

5 μA power consumption in Deep-sleep

โดย ESP32 จะมีบอร์ดให้เลือกหลากหลายแบบและจากหลายหลายบริษัท โดยเราต้องมีภาพแผงวงจะของแต่ละบอร์ดเพือ่ดูตำแหน่งจุดเชื่อมต่อ Pin Connector เพื่อที่จะต่อกัลป์อุปกรณ์ต่างๆ หรือ ต่อกับบอร์ดสำเร็จรูปอื่นๆ เช่น บอร์ดขับมอร์เตอร์ บอร์ดเช็คอุณภูมิความชื้น และอื่นๆ โดยใช้สายไปในการเชื่อมต่อ ส่วนข้อมูลต่างๆที่จะเชื่อต่อกันจะถูกตั้งค่าอยู่ภายในโปรแกรมที่เราเขียน

ESP32 เป็นเพียงแค่ SOC ตัวเดียวดังนั้นการใช้งานจริงๆต้องนำไปประกอบกับวงจรอื่นๆ คือการทำลงบร์ดให้พร้อมใช้งาน
ประมานว่ามันเหมือนCPU Itel Atomที่ต้องมีเมนบอร์ดมารองรังแบบรุ่นถูกสุด คือเชื่อมติดกับเมนบร์ดเลย
ผู้ทำบร์ดแต่ละรายก็ผลิตดบอร์ดออมาหลายรุ่น
หากต้องการู้ว่าใครผลิดตบร์ดขายเราบ้างให้ไปที Wiki EPS32ก็จะมีชื่อบริษัทที่ผลิตอยู่ล่าางสุด



ใครจะศึกษาบร์ดไหนก็ทำได้เหมือนกัน เพียงแต่ขอให้รู้ว่า Pin ไหนต่ออยู่กับอะไรบนบอร์ดนั้นๆ