ชื่อโครงการ : ระบบปลูกผักไฮโดรโปนิกส์อัตโนมัติ ( Smart farm hydroponic )
สมาชิกกลุ่ม : 1.นายธนานนท์ สิงห์งาม
2.นางสาวนฤภร พุทธศาร
บทนำ
ความเป็นมาและความสำคัญของโครงการ
การปลูกผักหรือพืชในเชิงการเกษตรหรือครัวเรือน บางครั้งอาจจะทำไม่ได้เนื่องจากมีข้อจำกัดทางภูมิศาสตร์ในหลายด้าน เช่น พื้นที่เป็นหิน หรือภูเขาสูงหรือแม้แต่ทะเลทาย หรือคอนโดห้องเช่าต่างๆที่มีพื้นที่จำกัด ดังนั้นการปลูกผักหรือพืชด้วยวิธีไฮโรโปนิกส์ จึงสามารถแก้ปัญหาต่างๆที่เกิดขึ้นได้และยังใช้แรงงานน้อยกว่าการปลูกผักแบบธรรมดา ไม่ว่าจะเป็นการเพาะปลูก เก็บเกี่ยว การกำจัดวัชพืช ใช้เวลาน้อยกว่าการปลูกพืชแบบธรรมดาแต่ได้ผลผลิตที่มากกว่าและรวดเร็ว ด้วยเหตุนี้การปลูกผักหรือพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์จึงเป็นที่นิมยมมากในปัจจุบันสำหรับเกษตรกรทั้งหลาย อีกทั้งยังเป็นที่นิมยมสำหรับผู้ที่อยู่ห้องเช่าหรือคอนโดที่มีพื้นที่ใช้สอยจำกัด แต่ต้องการที่จะปลูกผักไว้บริโภคเอง แต่เนื่องจากการปลูกในพื้นที่ห้องเช่าหรือคอนโดนั้น ผักหรือพืชที่ปลูกไม่สามารถเติบโตได้อย่างเต็มที่ เพราะห้องบางห้องอยู่จุดอับของตึกทำให้แสงแดดส่องเข้ามาในตัวห้องไม่มากพอ
ด้วยเหตุที่กล่าวมาข้างต้นทางกลุ่มผู้จัดทำจึงได้คิดค้นระบบปลูกผักไฮโดรโปนิกส์อัตโนมัติ ( Smart farm hydroponic ) นี้ขึ้นมา โดยสามารถปลูกผักหรือพืชในห้องเช่าหรือคอนโดได้ด้วยอุปกรณ์อาดุยโน่ควบคุมเรื่องของแสงได้ ใช้อุปกรณ์ในการสร้างจำนวนไม่มาก ต้นทุนไม่สูง โดยสร้างจากอุปกรณ์ที่มีอยู่ทั่วไปมาสร้างเป็นระบบปลูกผักไฮโดรโปนิกส์อัตโนมัตินี้ขึ้นมา
วัตถุประสงค์และเป้าหมายของโครงการ
- เพื่อเรียนรู้และศึกษาเกี่ยวกับการปลูกพืชไร้ดิน
- เพื่อลดปัญหาเกี่ยวกับข้อจำกัดในการทำการเกษตร เช่นการไม่มีพื้นที่ทำกิน สภาพดินที่ไม่สมบูรณ์
- เพื่อศึกษาสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับการปลูกผักด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ในที่พักอาศัยขนาดจำกัด เช่น คอนโดมิเนียม และแก้ไขในเรื่องแสงที่ไม่เพียงพอต่อความต้องการของผัก
- เพื่อศึกษาและพัฒนานำเอา Arduino มาสร้างชิิ้นงานเพื่อก่อให้เกิดประโยชน์
- สามารถจัดจำหน่ายได้
รายละเอียดของการพัฒนา
- การออกแบบชิ้นงานในสัปดาห์แรก
- การสร้างชิ้นงานในสัปดาห์ที่สอง
3. สร้างชิ้นงานเสร็จสมบูรณ์ในสัปดาห์ที่สาม
ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง
- บอร์ดอาดุยโน่ (Arduino)
จากภาพจะอธิบายส่วนๆได้ ดังนี้ ส่วนที่ 1 USB Plug คือช่องใช้เชื่อมต่อเข้ากับคอมพิวเตอร์ผ่านสายUSB และใช้เป็นช่องทางอัพโหลดโค๊ดจากคอมพิวเตอร์มายังบอร์ดอาดุยโน่ ส่วนที่ 2 Digital I/O Pins และ Analog In Pins คือช่องที่รับ และส่งค่าอนาลอกและดิจิตอลไปยังวงจรอิเล็กทรนิกส์หรือเซนเซอร์ที่ต่อเข้ากับ บอร์ดอาดุยโน่ ส่วนที่ 4 Reset Buttonคือปุ่มสั่งบอร์ดกลับไปเริ่มต้นท างานใหม่ เมื่อบอร์ดมีอาการผิดปกติ หรือค้าง ส่วนที่ 5 In-Circuit Serial Programmer เป็นที่ใช้กับโปรแกรม Boot loader ส่วนที่ 6 AT mega328 Microcontroller คือ MCU (Microcontroller) ที่ใช้บนบอร์ดอาดุยโน่ ส่วนที่ 7 3.3 Volt Power Pin และ 5 Volt Power Pin เป็นแหล่งจ่ายไฟไปยังวงจรอิเล็กทรอนิกส์ และเซนเซอร์ที่ต่อเข้ากับบอร์ด ส่วนที่ 8 Ground Pins เปรียบเสมือนช่องขั้วลบที่มีใว้ใช้ต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้าและเซนเซอร์ และส่วนที่ 9 External Power Supply เป็นช่องที่ไว้รับแหล่งจ่ายไฟจากภายนอก โดยบอร์ดนั้นก็จะมีหลายรุ่นให้เลือกใช้งานตามความเหมาะสม เช่น Arduino Uno บอร์ดรุ่นนี้ จะเป็นบอร์ดที่ราคาถูก เหมาะกับผู้เริ่มต้นใช้งาน Arduino Mega บอร์ดรุ่นนี้จะแตกต่างกับรุ่น Uno ก็คือ รุ่นนี้จะมีขา Digital I/O Pins ที่ไว้ต่อกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์และเซนเซอร์มากกว่ารุ่น Uno และรุ่น Arduino Wi-Fi รุ่นนี้จะพิเศษตรงที่
สามรถเชื่อมกับไวไฟได้เลย โดยไม่ต้องเชื่อมต่อกับอุปกรณ์เสริม เป็นต้น ในการเขียนการสั่งงานผ่านโปรแกรม Arduino IDE จะต้องเริ่มจากการต่อบอร์ดอาดุยโน่เข้ากับคอมพิวเตอร์ผ่านสาย USBจากนั้นก็เขียนโปรแกรมใน Arduino IDE
- การปลูกผักไฮโดรโปนิกส์
ความหมายของคำว่า ไฮโดรโปนิกส์มาจากภาษากรีกที่ 2 ค ามารวมกัน คือค าว่า Hydro ที่ แปลว่าน้ำ และ Ponos ที่แปลว่างาน จึงมีความหมายว่า การท างานของน้ำผ่านรากพืช เป็นการเลียนแบบการปลูกพืชบนดิน แต่ไม่ใช้ดิน ใช้ฟองน้ำ ขี้เลื้อย แกลบ แทน ใช้เป็นที่เกาะของราก และจะให้สารละลายธาตุอาหารพืชที่ผสมน้ำทางราก สำหรับในประเทศไทย การปลูกผักแบบไฮโดรโปนิกส์ได้มีการใช้การปลูก พืชไฮโดรโปนิกส์ในระบบ NFT (Nutrient Film Technique) เป็นระบบที่นิยมในปัจจุบัน โดยเป็น ระบบน้ำวน ที่ให้น้ำไหลผ่านรากหมุนเวียนไปเรื่อยๆ โดยเป็นการนำเทคโนโลยี NFT มาจากประเทศออสเตรเลียใช้โดยบริษัท แอกเซนต์ไฮโดรโปนิกส์ ทำให้ประเทศไทยมีการตื่นตัวในการปลูกพืชไฮโดรโปนิกส์เป็นอย่างมาก โดยการปลูก ผักวิธีนี้ได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก เพราะใช้พื้นที่น้อย เมื่อเทียบการปลูกลงดิน ทั้งยังสามารถ ควบคุมแมลงศัตรูพืชได้ และมี 2 วิธีในการปลูก คือ วิธีที่ 1. การปลูกผักสลัดไฮโดรโปนิกส์แบบระบบน้ำวน ในการปลูกแบบนี้มีอยู่หลายแบบเช่น แบบ NFT (Nutrient Film Technique) และแบบ DFT (Deep Flow Technique) ที่กล่าวไปข้างต้น หลักการของแต่ละแบบนั้นจะคล้ายกัน คือ ให้ สารละลายแร่ธาตุที่ผสมในน้ำไหลผ่านรากของผักอย่างต่อเนื่อง วิธี 2. การปลูกแบบระบบน้ำนิ่ง คือการเทน้ำให้ขังภาชนะที่จะปลูก เช่น กล่องโฟม ตู้ปลา เป็นต้น จากนั้นก็ใส่ สารละลายแร่ธาตุลงไปในภาชนะปลูก โดยอัตราส่วนสารละลายแร่ธาตุต่อน้ำ คือ สารละลายแร่ธาตุ 5 cc ต่อน้ า 1 ลิตร
วิธีที่ 1. การปลูกผักสลัดไฮโดรโปนิกส์แบบระบบน้ำวน
ทฤษฎีหลักการและเทคนิคหรือเทคโนโลยีที่ใช้
- การนำเทคโนโลยีอาดุยโน่มาประยุกต์ใช้กับการปลูกผักไฮโดรโปนิกส์
ในการนำเทคโนโลยีอาดุยโน่มาประยุกต์ใช้กับการปลูกผักไฮโดรโปนิกส์นั้นจะเรียกสั้นๆ ว่าสมาร์ทฟาร์ม (Smart Farm) โดยก่อนจะนำตัวสมาร์ทฟาร์มเข้ามาใช้ จะต้องคำนึงถึงผักที่นำมาใช้ปลูกก่อนว่า ผักต้องการสภาพแวดล้อมเป็นอย่างไร จากนั้นก็ต้องคำนึงเรื่องการปลูกว่า ต้องการปลูกเป็นฟาร์ม (พื้นที่ขนาดใหญ่) หรือปลูกไว้กินเองที่บ้าน (พื้นที่ขนาดเล็ก) โดยการปลูกเป็นฟาร์มจะต้องมีอุปกรณ์ที่ใช้ ดังต่อไปนี้ คือ บอร์ดอาดุยโน่ที่ใช้ควบคุมการทำงานต่างๆของระบบ โดยจะมีเซนเซอร์ต่างๆ ที่คอยส่งค่าไปยังบอร์ด โดยมีเซนเซอร์ที่ใช้ คือ เซนเซอร์วัดระดับน้ำ และมีโซลินอยด์วาล์วในการให้ปุ๋ยอัตโนมัติ เพื่อที่บอร์ดนั้นจะทำการวิเคราะห์ค่าต่างๆที่ส่งมา และสั่งการควบคุมรีเลย์ที่ทำาหน้าที่เหมือนสวิตซ์คอยเปิดปิดการทำงานต่างๆ
1.1 ลักษณะการทำงาน
มีการทำงาน โดยจะแบ่งเป็นส่วนต่างๆ ดังนี้
1.การควบคุมการปล่อยน้ำ 1.ระบบเพาะปลูกแบบ Smart Farm (“การเพาะปลูกแบบ”, 2558) โดยมีการ
ทำงานของระบบดังนี้นำเซนเซอร์วัดอุณหภูมิมาวัดอุณหภูมิ เพื่อปล่อยละอองน้ำเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าที่กำหนดไว้ และนำเซนเซอร์วัดค่ากรดด่าง เพื่อปล่อยน้ำยาปรับค่า pH เมื่อค่า pH สูงเกินกว่าที่
กำหนดไว้ แต่ในการสร้างนั้นต้องใช้ต้นทุนที่สูงอยู่ ทั้งยังสร้างเป็นแบบระบบน้ำวน คือ จะให้น้ำไหลไปตามท่อ PVC ที่เจาะรูไว้สำหรับปลูกผัก สลัด ซึ่งมีข้อจำกัด คือ อุปกรณ์ที่ใช้สร้าง ระบบเยอะ โดยมีอุปกรณ์ที่ใช้ เช่น ท่อพีวีซีหลายขนาด ท่อพีอีกาวทาท่อพีวิซี วาล์วควบคุมน้ำ 5 ตัว ขวด พลาสติก โซลินอยด์วาล์ว ปั๊มน้ำ ถังน้ำเปล่า สายยาง เป็นต้น ซึ่งการเคลื่อนย้ายนั้นใช้เวลามาก และต้องใช้พื้นที่เยอะ ในกรณีที่ปลูกไว้ในคอนโด ระบบไม่สามารถความคุมเรื่องค่าความเข้มข้นของแสงได้ และระดับน้ำในถังน้ำได้
ระบบที่ 2.ชุดปลูกผักไฮโดรฯออโต้(นายนัฐวุฒิ ดิษฐประสพ และนายอาทิตย์ มณีนพ ,2560)ซึ่งสร้างเป็น ระบบน้ำวนเช่นกัน มีหลักการทำงาน คือควบคุมการให้แสงไฟของหลอด LED (Light-Emitting Diode) แบบ Strip ที่ให้แสงสีแดงและสีน้ำเงินในอัตราส่วน 4:2 ที่สามารถทดแทนแสงธรรมชาติ โดยระบบสามารถเปิดปิด อัตโนมัติ เปิดใช้งานตั้งแต่ 06.00-18.00 น.ของทุกวัน โดยราคาต้นทุนในการสามารถอยู่ที่ 7,500 – 8,500 บาท แต่มีข้อจำกัด คือ ระบบการเปิดไฟ LED นั้นเป็นแบบตั้งเวลาเปิด-ปิด ไม่สามารถควบคุมการเปิด-ปิด ตามความเข้มของแสง (ลักซ์) ได้ ไม่สามารถควบคุมระดับน้ำได้เช่นกัน เนื่องจากเป็นระบบน้ำวน อุปกรณ์ใน การสร้างจึงมีเยอะเช่นกัน ทั้งนี้ ราคาต้นทุนค่อยข้างสูง
ระบบที่ 3.โรงเรือนสมาร์ทฟาร์มอัจฉริยะของบริษัท smartfarmdiy คือโรงเรือนที่สามารถให้
แสง ธาตุอาหาร และปรับอุณหภูมิได้แบบอัตโนมัติ ทั้งยังสามารถควบคุมได้ด้วยตัวเอง โดยมีการ
เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตเพื่อ ควบคุมผ่านแอปพลิเคชั่นในสมาร์ทโฟน โดยมีอุปกรณ์ที่ใช้ มีดังนี้
1.อุปกรณ์ที่ควบคุมค่า EC เพื่อให้ค่า EC ที่เหมาะสมแก่พืชที่ปลูก 2.อุปกรณ์การตรวจสภาพของดินเพื่อควบคุมค่า pH และดินให้เหมาะสมแก่พืช 3.อุปกรณ์การวัดอุณหภูมิ เพื่อควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสมแก่พืชที่ปลูก 4.กล้องวงจรปิด เพื่อดูพื้นที่ในการดู 5.หลอดไฟ เพื่อให้แสงแก่พืชได้อย่างเพียงพอ
ภาพโรงเรือนสมาร์ทฟาร์มอัจฉริยะ
โดยมีข้อจำกัดคือ ราคาต้นทุนที่แรงและมีจำนวนอุปกรณ์ที่ใช้เป็นจำนวนมาก และไม่เหมาะกับการปลูกไว้ทานเองที่บ้านหรือปลูกไว้ขายเป็นรายได้เสริม
ดังนั้น ผู้วิจัยจึงต้องการสร้างระบบปลูกผักไฮโดรโปนิกส์แบบอัตโนมัติที่เหมาะแก่การปลูกในคอนโด โดยสามารถความคุมเรื่องของแสงและระบบน้ำได้ ใช้อุปกรณ์ในการสร้างจำนวนน้อย ต้นทุนไม่สูง โดยจะสร้างจากอุปกรณ์ที่มีอยู่ทั่วไปเป็นระบบน้ำวน เพื่อลดอุปกรณ์ในการสร้างให้มากที่สุด
Software
โปรแกรม Arduino IDE ใช้เขียนคำสั่งควบคุมการทำงานของระบบสมาาร์ทฟาร์มที่จัดทำขึ้นมาทั้งหมด ภาษาที่ใช้เขียนทั้งหมดเป็นภาษา C
การต่อเซนเซอร์วัดระดับน้ำ
การต่อรีเลย์
รายละเอียดโปรแกรมที่ได้พัฒนาในเชิงเทคนิค
Flowchart
Source Code
#define LED 10
#define Lamp_pin 11
#define Lamp_on LOW
#define Lamp_off HIGH
String str =””;
int val ;
int counter = 0;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode (LED,OUTPUT) ;
pinMode(Lamp_pin,OUTPUT);
digitalWrite(Lamp_pin,Lamp_off);
}
void loop() {
int sensorValue = analogRead(A0);
Serial.print(counter);
if(counter >= 40)
{
digitalWrite(Lamp_pin,Lamp_on);
str = “logic control lamp is” + digitalRead(Lamp_pin);
Serial.println(str);}
if(counter >60)
{
digitalWrite(Lamp_pin,Lamp_off);
str = “logic control lamp is” + digitalRead(Lamp_pin);
Serial.println(str);
}else{}
Serial.println(sensorValue);
if(sensorValue > 200)
{
digitalWrite (LED,HIGH);
}
else
{
digitalWrite (LED,LOW);
}
delay(700); //
counter++;
}
คลิปแนะนำอุปกรณ์และสาธิตการทำงานของชิ้นงาน
คลิปนำเสนอในห้องวันที่ 15 พ.ค. 62
