ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.หทัยทิพย์ สินธุยา

วิทยาลัยพัฒนาเศรษฐกิจและเทคโนโลยีชุมชนแห่งเอเชีย

บทคัดย่อ

การใช้ Hardware ที่เหมาะสมและราคาถูกเป็นปัจจัยหนึ่งในความสำเร็จของการทำเกษตรอัจฉริยะ งานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นการพัฒนาไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่น ESP32 ให้สามารถทำงานแบบ FREE-RTOS โดยการพัฒนาโปรแกรมแบบโปรแกรมขั้นสูง (Object Oriented Programming: OOP) เพื่อทำให้ระบบควบคุมฟาร์มอัจฉริยะสามารถทำงานได้ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า การใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีการพัฒนาโปรแกรมให้มีประสิทธิภาพจะช่วยให้ลดค่าความผิดพลาดของระบบอิเล็กทรอนิกส์ได้ และมีค่าความเที่ยงตรงสูงถึง 98.8% และเพื่อให้สามารถใช้งานได้ในที่ไม่มีสัญญาณอินเทอร์เน็ต Hardware ที่พัฒนาขึ้นสามารถสื่อสารสัญญาณไร้สายแบบลอราแวน (LoRaWAN) ที่สามารถส่งข้อมูลได้ไกล ราคาถูก เหมาะสมกับบริบทพื้นที่การเกษตรของประเทศไทย จากผลการทดลองการส่งข้อมูลจำนวน 1000 ครั้ง พบว่ามีข้อผิดพลาดเพียง 5.4% และยังมีคุณภาพของสัญญาณ RSSI เฉลี่ยอยู่ที่ -119 dBm ซึ่งอยู่ในเกณฑ์สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถนำไปเป็นต้นแบบการทำเกษตรอัจฉริยะที่เหมาะสมกับบริบทของการเกษตรไทยในพื้นที่ไม่มีสัญญาณอินเทอร์เน็ต โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทำเกษตรกรรมในพื้นที่สูงหรือพื้นที่ห่างไกล โดยงานวิจัยนี้จะสามารถยกระดับการทำเกษตรจากยุค 2.0 สู่ยุค 4.0 ทำให้เกิดผลดีต่อการยกระดับคุณภาพชีวิตของเกษตรกรให้ดีขึ้น

การพัฒนาระบบสื่อสารออนไลน์ด้วยเครือข่ายลอรา ระหว่างเครื่องจักรกับเครื่องจักรโดยประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตทุกสรรพสิ่ง (Internet of Things) เข้ามาช่วยบริหารจัดการการทำเกษตรกรรมในรูปแบบที่เหมาะสมเพื่อสร้าง Big Data นั้น มีความจำเป็นอย่างมากในการประมวลผลและควบคุมสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมแก่การเจริญเติบโตของพืช การสร้างฐานข้อมูลขนาดใหญ่ส่วนมากต้องการสัญญาณอินเทอร์เน็ตที่มีความเสถียรสูง ทำให้ไม่สามารถขยายผลไปใช้ในพื้นที่ที่ไม่มีสัญญาณอินเทอร์เน็ตได้ การพัฒนาระบบสื่อสารออนไลน์ด้วยเครือข่าย LoRa เป็นทางออกที่ดีในการแก้ไขปัญหาดังกล่าว งานวิจัยนี้ได้ทำการทดลองส่งข้อมูลไปยังระบบ Internet ด้วยขนาดข้อความ 64 bytes ผ่านระบบสื่อสารออนไลน์ด้วยเครือข่าย LoRa จำนวน 1,000 ครั้ง พบว่าเกิดข้อผิดพลาดน้อยมากเพียง 16 ครั้ง หรือคิดเป็น 1.60 % สามารถใช้รับส่งข้อมูลไปยังระบบ Cloud ได้อย่างดี นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาระบบ Cloud โดยใช้ชุดโปรแกรมออนไลน์ที่ทำงานแบบ Real-Time Server-Side Script มาช่วยประมวลผล เพื่อช่วยป้องกันความผิดพลาดในการสื่อสาร รวมถึงการนำ Server Side Script ที่สื่อสารกันผ่าน MQTT Protocol เข้ามาบันทึกฐานข้อมูลแบบ Time-Serial Database ทำให้สามารถเก็บข้อมูลและเรียกข้อมูลขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็วเหมาะกับการทำงานร่วมกับเครือข่าย LoRa จากการทดลองดึงข้อมูลจำนวน 10,000 ชุดข้อมูล พบว่า Time-Serial Database ใช้เวลาเฉลี่ยเพียง 4.914 วินาที ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการออกแบบพัฒนาระบบสื่อสารไร้สายแบบ LoRa และการพัฒนาระบบฐานข้อมูลแบบผสมผสานจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานฐานข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถยกระดับการเกษตรด้วยเทคโนโลยีดิจิทัลที่เหมาะสม

การประยุกต์ใช้ไอโอทีและการสื่อสารข้อมูลไร้สายด้วยเครือข่ายลอราในโรงเรือนเกษตรอัจฉริยะระบบปิด โดยทำการพัฒนาบอร์ดอิเล็กทรอนิกส์ที่ด้วยการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ขนาดเล็กเป็นหน่วยประมวลผลที่สามารถทำงานร่วมกันกับเซ็นเซอร์ เช่น เครื่องวัดความชื้นในดิน เซ็นเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้า โซลินอยด์วาล์ว และมิเตอร์น้ำ เพื่อนำข้อมูลที่ได้มาบริหารจัดการควบคุมการให้น้ำ และการระบายอากาศภายในโรงเรือนเกษตร อีกทั้งมีการใช้เทคโนโลยีการสื่อสารระยะไกล และระบบควบคุมอัตโนมัติผ่านเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตทุกสรรพสิ่ง (Internet of things) ที่สามารถทำให้ผู้ใช้ติดตาม และควบคุมโรงเกษตรผ่านเว็บแอปพลิเคชันได้ โดยที่ระบบมีความเสถียรสูงถึงแม้จะอยู่ในพื้นที่ห่างไกล จากผลการทดลองแสดงให้ทราบว่าการส่งข้อมูลระยะไกลมีความผิดพลาดเพียง 7.7% ระบบยังสามารถลดการใช้น้ำได้มากถึง 60% นอกจากนี้ผลการทดสอบจากแบบสอบถามความพึงพอใจของผู้ใช้งานต่อระบบโดยรวม ยังแสดงให้ทราบความพึงพอใจมากของผู้ใช้โดยมีคะแนนความพึงพอใจอยู่ที่ 4.17 คะแนน จากคะแนนโดยรวม 5 คะแนน

การประยุกต์ใช้ระบบไอโอทีและการสื่อสารข้อมูลไร้สายด้วยเครือข่ายลอราในโรงเรือนเลี้ยงไก่อัจฉริยะ เพื่อควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของไก่ โดยการพัฒนาระบบพัดลมที่ใช้การสเปรย์ละอองน้ำโดยใช้หลักการของระบบทำความเย็นแบบระเหย (evaporative cooling system) เข้ามาช่วยลดอุณหภูมิของโรงเรือนเลี้ยงไก่ ซึ่งระบบดังกล่าวจะช่วยให้ไม่ต้องใช้พัดลมอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ใช้พลังงานสูงทำให้ระบบสามารถลดต้นทุนทางด้านพลังงานลงได้ นอกจากนี้งานวิจัยยังได้ออกแบบพัฒนาระบบควบคุมอัตโนมัติผ่านเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตทุกสรรพสิ่ง (internet of things) ที่ใช้ระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดเล็ก ติดต่อสื่อสารกับเซ็นเซอร์เพื่อตรวจวัดอุณหภูมิ และนำข้อมูลที่ได้มาประมวลผลสำหรับควบคุม เปิด/ปิด พัดลมเพื่อระบายอากาศ พร้อมกับส่งข้อมูลที่ได้ผ่าน สัญญาณไร้สายแบบ LoRa ที่จะทำให้สามารถนำข้อดีในด้านการส่งข้อมูลระยะไกลไปเชื่อมต่อกับฐานข้อมูลออนไลน์ เพื่อให้ผู้ใช้งานสามารถติดตาม หรือนำข้อมูลสถิติมาวิเคราะห์เพื่อใช้ในการปรับปรุงการควบคุมโรงเรือนเลี้ยงไก่ได้มีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น จากผลการทดลองของระบบการควบคุมดังกล่าวสามารถช่วยให้ไก่เจริญเติบโตได้ดีขึ้น โดยมีอัตราการเจริญเติบโต เพิ่มขึ้น 8.42 % มีอัตราการเจริญเติบโตเฉลี่ย 8.66 กรัม/ตัว/วัน นอกจากนี้ยังช่วยยังทำให้ปริมาณอาหารที่กินน้อยลงเฉลี่ย 21 กรัม/ตัว/วัน แต่ให้น้ำหนักมากขึ้นกว่าเดิมและมีอัตราการเปลี่ยนอาหารเป็นเนื้อ (FCR) อยู่ที่ 3.02

การประยุกต์ใช้ไอโอทีและการสื่อสารข้อมูลไร้สายด้วยเครือข่ายลอราในโรงอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์อัจฉริยะ ด้วยระบบควบคุมอัจฉริยะได้ถูกพัฒนาโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นหน่วยประมวผลกลางรับข้อมูลจากเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจวัดอุณหภูมิ และความชื้นสัมพัทธ์ มาคำนวณเพื่อใช้สำหรับควบคุมสภาวะให้เหมาะสมต่อการอบแห้ง ซึ่งทำให้สามารถใช้งานระบบได้ 24 ชั่วโมง/วัน ต่างจากระบบแบบดั้งเดิมที่สามารถใช้งานระบบอบแห้งได้เพียง 8 ชั่วโมง/วัน เนื่องจากข้อจำกัดด้านแสงอาทิตย์ นอกจากนี้การประยุกต์ใช้ไอโอทีและการสื่อสารข้อมูลไร้สายด้วยเครือข่ายลอรายังสามารถทำให้โรงอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์เชื่อมต่อกับระบบฐานข้อมูล และการสื่อสารออนไลน์ได้ผ่านสัญญาณไร้สายระยะไกล สามารถส่งข้อมูลได้ไกลถึง 90 เมตร และมีค่าความผิดพลาดน้อยกว่า 5.7%

Abstract

The suitable agriculture hardware is one of the key factors in the success of smart farming. This research focuses on the development of the ESP32 microcontroller to be able to work in a FREE-RTOS. Object Oriented Programming (OOP) was applied to enable smart farm control system through the microcontroller. Research results show that the use of efficient microcontrollers could reduce the error of the electronic system with high accuracy of 98.8%.  In order to apply where there is no internet signal, the developed hardware can communicate with LoRaWAN wireless signals that can transmit long distances at a low cost, which is suitable for the agricultural context of Thailand. Based on the 1000 data transmission trials, the error was only 5.4% and the average RSSI signal quality was -119 dBm, which is within the range of effective usability. It can be used as a model for smart farming that is suitable for the context of Thai agriculture in areas without internet signal, especially agriculture in highland or remote areas. This research could upgrade farming from the agriculture 2.0 to the agriculture 4.0, resulting in a positive effect on improving the quality of life of farmers.

Developing a machine-to-Machine Online Communication System with LoRa Network by applying internet of things technology to help manage farming in a suitable way to create Big Data is very necessary to process and control the environment suitable for plant growth. Building large databases mostly requires a very stable internet signal, making it impossible to expand to areas where there is no internet signal. Developing an online communication system with the LoRa network is a good solution to this problem. In this research, the data was sent to the Internet with a message size of 64 bytes via the online communication system using the LoRa network for 1000 times. It was found that the error was very low, only 16 times or representing 1.60%. It can be used to transmit data to the Cloud system as well. There is also the development of the Cloud system by using an online program that works in the form of Real-Time Server-Side Script to help process it. To help with communication errors, including the introduction of Server Side Script that communicates with the MQTT Protocol to record the Time-Serial Database, it can store and retrieve large data quickly, suitable for working with the LoRa network. From the experiment to retrieve 10,000 data sets, it was found that the Time-Serial Database took an average of only 4.914 seconds. The results show that the design, development of LoRa wireless communication systems and the development of an integrated database system can effectively optimize database applications and enhance agriculture with appropriate digital technology.

The application of IoT and wireless data communication with the LoRa network in closed-System Greenhouse is fostering technologies for smart farming that will support farming and enable the transition from traditional agriculture to modern agriculture. In this research, an electronic board was developed using small microcontroller to be a processor that can work together with sensors such as soil moisture sensor, EC sensor, solenoid valve, and water meter. After that, the obtained information was used to manage and control the water supply. and ventilation within agricultural greenhouses. In addition, the research also presents a concept of using remote communication technology and automatic control system through internet of things technology that can enable users to monitor and control agricultural plants through a web application. The system is highly stable even in remote areas. From the experimental results, it showed that the transmission of long-distance data has only 7.7% error. The system was able to reduce water consumption by up to 60%. In addition, the test results from the user satisfaction questionnaire on the overall system showed high satisfaction of users with a satisfaction score of 4.17. Score out of 5 total scores.

The development of IoT and wireless data communications with LoRa networks in smart chicken coop can increase the efficiency of broiler rearing in the house by optimizing temperature for chicken growth. In this research, the idea of developing a fan system using water spray using the principle of evaporative cooling system was proposed to reduce the temperature of the poultry house. This system does not require large, high-power industrial fans, thereby reducing energy costs. In addition, an automatic control system was designed and developed through the internet of things technology that uses a small microcontroller system to communicate with sensors to measure temperature. The data obtained from the system was processed for controlling on/off the fans for ventilation along with sending information through LoRa wireless signal. This makes it possible to take advantages in the field of remote data transmission to connect to an online database so that users can track or create statistical data to analyze for improving the control of the chicken coop more efficiently. From the experimental results, the control system could increase the growth rate of chickens by 8.42% with an average daily gain of 8.66 g/b/day. In addition, it could also reduce average feed intake of 21 g/b/day, whereas the chickens gained more weight with a feed conversion ratio (FCR) of 3.02.

The application of IoT and wireless data communication with LoRa network in smart solar dryer can improve agricultural processing in remote areas. In this research, a smart control system has been developed using a microcontroller as the processing unit to receive data from sensors that can measure temperature and relative humidity. After that, the data were calculated to control the conditions suitable for drying. It enables the system to operate 24 hours/day, while the conventional system can only operate 8 hours/day due to the limitation of sunlight. In addition, the application of IoT and wireless data communication with the LoRa network can enable the solar drying plant to connect to the database system and communicate online through a long-distance wireless signal. It can transmit data up to 90 meters away and has an error of less than 5.7%.

ไฟล์งานวิจัย

15-รายงานฉบับสมบูรณ์.pdf

5

สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกสว.)

สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกสว.) ชั้น 14 อาคาร เอส เอ็ม ทาวเวอร์ 979/17-21 ถนนพหลโยธิน แขวงสามเสนใน เขตพญาไท กรุงเทพฯ 10400

https://www.tsri.or.th/

02 278 8200

callcenter@trf.or.th, webmaster@trf.or.th