เรียนรู้และทำความเข้าใจกับบอร์ด Smart Building IoT (Sensor Board)

รูปที่ 3.1: บอร์ด Sensor พร้อม ESP32 และ LoRa
สำหรับเชื่อมต่อเซนเซอร์และส่งข้อมูลไร้สาย

📟3.1 บทนำ

บอร์ด Smart Building IoT (Sensor Board)
เป็นหัวใจสำคัญของระบบฝึกปฏิบัติด้านอาคารอัจฉริยะ
ที่ทำหน้าที่เชื่อมต่อและรับข้อมูลจากเซนเซอร์ประเภทต่าง ๆ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น แสง เสียง
การสั่น และการเคลื่อนไหว จากนั้นจึงประมวลผลและส่งข้อมูลผ่านเครือข่าย LoRa ไปยัง
Gateway เพื่อจัดเก็บและแสดงผลบน Dashboard

Sensor Board ออกแบบมาให้เหมาะกับการเรียนรู้ในระดับมัธยมศึกษา อาชีวศึกษา
ไปจนถึงมหาวิทยาลัย โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32 เป็นตัวประมวลผลหลัก
พร้อมวงจรเสริมที่ช่วยให้ผู้เรียนสามารถฝึกฝนการเขียนโค้ดเพื่อควบคุมอุปกรณ์ Input/Output
ได้อย่างครบถ้วนสามารถเขียนโปรแกรม, อัปโหลดโค้ด, และดีบักได้อย่างสะดวก PlatformIO
รองรับการทำงานกับบอร์ดและแพลตฟอร์มต่างๆ มากมาย เช่น Arduino, ESP32, Raspberry
Pi, และ STM32

📟3.2 โครงสร้างและส่วนประกอบของบอร์ด

Sensor Board ประกอบด้วยวงจรและคอนเน็กเตอร์หลายส่วน ซึ่งเชื่อมต่อกับ ESP32
โดยตรง โดยสามารถจำแนกเป็นหมวดหมู่หลัก ๆ ดังนี้:

ระบบจ่ายไฟและควบคุมพื้นฐาน:

• DC Power Jack / DC-IN Terminal: จ่ายไฟเลี้ยง 12VDC ให้กับบอร์ด

• Battery Connector / Charging Module: รองรับแบตเตอรี่ 3.7V
  สำหรับระบบสำรองไฟ(Optional)

อุปกรณ์อินพุต:

• Tactile Switch (SW1, SW2): ปุ่มกดต่อกับ GPIO 34 และ 35

• DIP Switch (SW3): ใช้เลื่อนขึ้นลงเพื่อควบคุมสถานะ ต่อกับ GPIO 36

• Motion Sensor / Water Leak / ADC IN: ขาอินพุตสำหรับเซนเซอร์ต่าง
  ๆ

• Potentiometer: ปรับค่าแรงดันไฟฟ้าเพื่อจำลองเซนเซอร์แบบอนาล็อก

อุปกรณ์เอาต์พุต:

• Relay (COM/NO): ควบคุมการเปิด–ปิดอุปกรณ์ไฟฟ้า GPIO 25

• Buzzer: สร้างเสียงเตือนผ่าน GPIO 13

• OLED Display: แสดงข้อความและค่าต่าง ๆ ผ่าน I²C

• Blue/Red LED: สำหรับทดสอบสถานะ GPIO

การสื่อสาร:

• I2C / UART Connectors: เชื่อมต่อโมดูลและเซนเซอร์เสริม

• LoRa Module (SLX1280): ส่งข้อมูลแบบไร้สายไปยัง Gateway

• RS485 Connector: สำหรับสื่อสารกับอุปกรณ์ภายนอกระยะไกล

รูปที่ 3.2: Block Diagram การเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ เข้ากับบอร์ด Smart Building
IoT (Sensor Board).

รูปที่ 3.3: ตำแหน่งและองค์ประกอบต่าง ๆ บนบอร์ด Smart Building IoT (Sensor
Board)

ตารางที่ 3.1 หมายเลขตำแหน่งใช้งานที่สำคัญบนบอร์ด Smart Building IoT (Sensor
Board)

เพิ่มเติม:

ADS1115 เป็นชิปแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) แบบ 16 บิต ที่สื่อสารผ่าน I2C
รองรับอินพุตได้ 4 ช่อง (หรือ 2 ช่องแบบ differential) พร้อมตัวขยายสัญญาณในตัว
(Programmable Gain Amplifier – PGA) เหมาะสำหรับใช้งานกับเซนเซอร์แรงดัน แสง
หรืออุณหภูมิที่ต้องการความแม่นยำสูง
และช่วยลดภาระการประมวลผลของไมโครคอนโทรลเลอร์

📟3.3 การเขียนโปรแกรมเบื้องต้น

โปรแกรมบน ESP32 ใช้ภาษา C++ ผ่าน Arduino Framework บน PlatformIO
โดยมีโครงสร้างพื้นฐาน 3 ส่วนหลัก ได้แก่:

Header:

• ใช้ #include สำหรับเรียกใช้งานไลบรารี

• ประกาศค่าคงที่ ตัวแปรต่าง ๆ

รูปที่ 3.4: ตัวอย่างโค้ดส่วน Header
สำหรับเรียกไลบรารีและกำหนดค่าขาใช้งานเบื้องต้น.

setup():

• ทำงานเพียงครั้งเดียวเมื่อตัวบอร์ดเริ่มทำงาน

• ใช้ตั้งค่า Pin Mode, Serial.begin, การเชื่อมต่อหน้าจอ ฯลฯ

รูปที่ 3.5: ตัวอย่างโค้ดในฟังก์ชัน setup() สำหรับตั้งค่า Pin Mode และเริ่มต้น Serial
Monitor.

loop():

• ทำงานซ้ำตลอดเวลา

• ใช้ตรวจสอบสถานะเซนเซอร์ แสดงผล หรือควบคุมอุปกรณ์

รูปที่ 3.6: ตัวอย่างโค้ดในฟังก์ชัน loop() สำหรับสั่งให้ไฟกระพริบทุก 1 วินาที.

โครงสร้างนี้ช่วยให้การพัฒนาโปรแกรมบน Arduino PlatformIO
เป็นไปอย่างมีระบบและเข้าใจง่าย

📟3.4 ตัวอย่างกิจกรรมพื้นฐาน

1. Example Code: Hello World บน Serial Monitor

• สร้างโปรเจกต์ใหม่ใน PlatformIO

• เขียนโค้ดให้แสดง “Hello World” ทุก 1 วินาที

• เปิด Serial Monitor เพื่อตรวจสอบ

รูปที่ 3.7: ตัวอย่างโค้ดแสดงข้อความ “Hello World” บน Serial Monitor ทุก 1
วินาที.

2. Example Code: อ่านค่าสวิตช์ (SW1, SW2, SW3)

วัตถุประสงค์: เรียนรู้การอ่านค่าสวิตช์กดและเลื่อน (SW1, SW2, SW3) บนบอร์ด Sensor
Board เพื่อใช้เป็นตัวควบคุมเงื่อนไขในโค้ด

• ใช้ digitalRead() อ่านสถานะ GPIO 34, 35, 36

• ใช้ INPUT_PULLUP เพื่อความเสถียรของสัญญาณ

รูปที่ 3.8: ตัวอย่างโค้ดประกาศขา GPIO สำหรับปุ่มกด SW1, SW2 และ SW3.

3. Example Code: ควบคุมรีเลย์ (Relay)

วัตถุประสงค์: ควบคุมการเปิด–ปิดรีเลย์บนบอร์ด (Relay COM/NO)
เพื่อสวิตช์วงจรภายนอก

• ใช้ digitalWrite(GPIO25, HIGH) เพื่อเปิดรีเลย์

• ใช้ LOW เพื่อปิด และ HIGH เพื่อเปิด

รูปที่ 3.9: ตัวอย่างโค้ดควบคุมรีเลย์โดยใช้คำสั่ง digitalWrite() บนขา GPIO25.

4. Example Code: แสดงข้อความบน OLED

วัตถุประสงค์: แสดงข้อความและตัวเลขบนจอ OLED I2C เพื่อใช้แสดงสถานะหรือค่าต่างๆ
แบบ Real Time

1. ติดตั้งไลบรารี Adafruit_SSD1306, Adafruit_GFX

1. เปิด PlatformIO Home (ไอคอน “หน้าบ้าน” บนแถบด้านซ้าย)

2. เลือกเมนู Libraries

3. พิมพ์ค้นหา Adafruit GFX → คลิกที่ผลลัพธ์ “Adafruit GFX Library” → ปุ่ม Add
   to Project

4. เลือกโฟลเดอร์โปรเจกต์ของคุณ แล้วกด Add

5. ทำซ้ำขั้นตอนเดียวกันกับ Adafruit SSD1306

6. รอจน UI แจ้ง “has been installed!”

7. ไลบรารีทั้งสองจะถูกเพิ่มลงในโฟลเดอร์ .pio/libdeps/<env>
   พร้อมอัปเดตไฟล์ lib_deps ใน platformio.ini ให้อัตโนมัติ

รูปที่ 3.10 หน้าต่างการค้นหาไลบรารี Adafruit_SSD1306 บน PlatformIO
เพื่อใช้งานจอ OLED.

รูปที่ 3.11 ตัวอย่างไฟล์ platformio.ini ที่กำหนดค่าไลบรารีจอ OLED และ GFX

1. เขียนโค้ดแล้วดูการทำงานของบอร์ด

รูปที่ 3.12 ตัวอย่างโค้ดแสดงข้อความบนจอ OLED และแสดงสถานะของปุ่ม SW1.

5. Example Code: อ่านค่า Potentiometer ผ่าน ADS1115

วัตถุประสงค์: อ่านค่าแรงดันจาก Potentiometer ผ่าน ADC 16 bit ไอซี ADS1115
เพื่อความละเอียดสูง

• ไลบรารีที่ต้องติดตั้ง: Adafruit_ADS1X15 ให้หาคำว่า “Adafruit
  ADS1X15”

• อ่านค่าแรงดันไฟและแสดงผ่าน Serial

• ทดลองปรับ Potentiometer แล้วดูค่าการเปลี่ยนแปลง

รูปที่ 3.13 ตัวอย่างโค้ดอ่านค่าแรงดันจาก Potentiometer ผ่านโมดูล ADC ADS1115

6. Example Code ควบคุม Buzzer

วัตถุประสงค์: เรียนรู้การควบคุมอุปกรณ์เอาต์พุตแบบเสียง (Buzzer) ด้วย Sensor
Board

• ใช้ tone(GPIO13, 2000) เพื่อให้ส่งเสียง

• ใช้ noTone() เพื่อหยุดเสียง

รูปที่ 3.14 ตัวอย่างโค้ดควบคุมเสียง Buzzer โดยใช้ tone() เพื่อส่งเสียง และ
noTone() เพื่อหยุดเสียง

📟3.5 การใช้ไลบรารี SmartBuilding360Hub

เพื่อให้การใช้งานบอร์ด Sensor Board เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ
ทีมพัฒนาได้จัดทำไลบรารีพิเศษที่รวบรวมฟังก์ชันสำหรับควบคุมอุปกรณ์ทุกส่วนของบอร์ดไว้แล้ว
ช่วยลดความซับซ้อนและเพิ่มความสะดวก เช่น:

• อ่านเซนเซอร์แบบง่าย

• ควบคุมรีเลย์, LED, Buzzer

• แสดงผลบน OLED

• สื่อสารผ่าน LoRa / MQTT ได้ทันที

ขั้นตอนใช้งานไลบรารี:

1. ติดตั้ง Git และ VsCode

รูปที่ 3.15 หน้าเว็บไซต์สำหรับดาวน์โหลด Git เพื่อใช้งานร่วมกับ vSCode

รูปที่ 3.16 ตรวจสอบเวอร์ชัน Git ที่ติดตั้งแล้วผ่านคำสั่ง git –version บน Command
Prompt

2. Clone ไลบรารีจาก GitHub:

• เปิด vSCode

• ไปที่เมนู Source Control (ไอคอนรูปกิ่งไม้) หรือกด Ctrl+Shift+P พิมพ์ “Git:
  Clone”

• คลิกไปที่ clone Repository

• กรอก URL ของไลบรารี่หรือโปรเจ็ค คือ
  https://github.com/tenergyinnovation/smartbuilding360hub.git

• เลือกโฟลเดอร์ปลายทางที่ต้องการให้ดาวน์โหลดไฟล์ลงเครื่อง

https://github.com/tenergyinnovation/smartbuilding360hub.git

รูปที่ 3.17 ขั้นตอนการ Clone ไลบรารีจาก GitHub ผ่าน VsCode โดยกรอก URL
โปรเจกต์

3. เปิดโปรเจกต์ใน VsCode

รูปที่ 3.18 เปิดโปรเจกต์ SmartBuilding360Hub บน VsCode หลังจาก Clone
เสร็จแล้ว

4. รันสคริปต์ auto-download ไลบรารี

• ที่โฟลเดอร์โปรเจ็ค ให้เปิด Terminal (คลิกขวาที่โฟลเดอร์ → Open in
  Integrated Terminal)

• รันสคริปต์ที่เตรียมไว้สำหรับดาวน์โหลดไลบรารี่อัตโนมัติ

  • Windows: clone_repo.bat

  • macOS/Linux: ./clone_repo.sh

รูปที่ 3.19 ตัวอย่างการรันสคริปต์ clone_repo.sh
เพื่อดาวน์โหลดไลบรารีที่จำเป็นโดยอัตโนมัติ

5. ตรวจสอบไลบรารีที่อยู่ใน lib/

6. Build และ Upload ทดสอบ

รูปที่ 3.20 แสดงไฟล์ไลบรารีที่ถูกดาวน์โหลด พร้อมสำหรับใช้งานบน VsCode

📟3.6 ทำการทดลองเขียนโค้ดรับค่าสวิตช์ โดยใช้ library smartbuilding360hub

รูปที่ 3.21 ตัวอย่างโค้ดทดสอบการทำงานของปุ่มและรีเลย์ โดยใช้ไลบรารี
smartbuilding360hub

📟สรุปผลการเรียนรู้

• เข้าใจส่วนประกอบและการเชื่อมต่อของ Sensor Board

• ฝึกเขียนโปรแกรมเบื้องต้นควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ บนบอร์ด

• ใช้งานไลบรารี SmartBuilding360Hub
  เพื่อประหยัดเวลาและลดข้อผิดพลาด

• เตรียมความพร้อมสำหรับการทดลองร่วมกับเซนเซอร์อื่น ๆ ในบทถัดไป

✅ คำถามท้ายใบงาน 💡

1.บอร์ด Smart Building IoT (Sensor Board)
ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่นใดเป็นตัวประมวลผลหลัก?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………

2.ขา GPIO ใดของ ESP32 ที่เชื่อมต่อกับปุ่มกด SW1, SW2 และ DIP Switch?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………

3.ถ้าเราต้องการให้รีเลย์ทำงานเมื่อปุ่ม SW1 ถูกกด ควรเขียนคำสั่งอย่างไร?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………

📝 พื้นที่สรุปผลการเรียนรู้

🔹 หลังจากทำกิจกรรมและศึกษาข้อมูลจากชุดฝึกนี้ ฉันได้เรียนรู้ว่า

…………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………

🔹 ความเข้าใจเพิ่มเติมที่ได้รับจากใบงานนี้คือ

…………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………

🔹 ข้อเสนอแนะ/ข้อสงสัยเพิ่มเติม

…………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………………………………………………………………………………………………………………

“ทุกข้อมูลเริ่มต้นจากความรู้สึกของเซนเซอร์”

“Every insight begins with what the sensor
senses”