RootMaster : ระบบอัตโนมัติสำหรับปลูกผักไฮโดรโปนิกส์ ที่ใช้ Raspberry Pi Zero 2W พร้อม MCU STM32G4 , CAN Bus, เซนเซอร์

RootMaster เป็นระบบอัตโนมัติสำหรับการปลูกผักโดยไม่ใช้ดินแบบไฮโดรโปนิกส์ (Hydroponic) ที่ใช้ Raspberry Pi Zero 2W ออกแบบมาเพื่อควบคุมสภาพน้ำและสิ่งแวดล้อมอย่างแม่นยำ ระบบนี้ยังรวมไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32G4 เพื่อจัดการงานแบบเรียลไทม์ เช่น การควบคุมปั๊มและอุปกรณ์ต่อพ่วง, การจัดการเซนเซอร์ และประมวลผลข้อมูลจากเซนเซอร์ภายนอก เช่น ตัววัดระดับน้ำ นอกจากนี้ยังสามารถสร้างสัญญาณ PWM เพื่อควบคุมพลังงานของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ และจัดการการสื่อสารกับโมดูลภายนอกผ่านอินเทอร์เฟส CAN FD

โดยที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32 ทำหน้าที่จัดการงานในระดับฮาร์ดแวร์, Raspberry Pi Zero 2W ทำหน้าที่ควบคุมระดับสูงและการโต้ตอบกับผู้ใช้, RootMaster สามารถเขียนโปรแกรมด้วยภาษา Python, C, C++ หรือภาษาโปรแกรมอื่น ๆ และมีประโยชน์สำหรับแอปพลิเคชัน เช่น และเหมาะสำหรับการใช้งาน เช่น ระบบไฮโดรโปนิกส์อัตโนมัติ, การหมุนเวียนน้ำ และการควบคุมสิ่งแวดล้อม

สเปคของ RootMaster

• MCU – ไมโครคอนโทรลเลอร์ STMicro STM32G473 แบบ 32 บิต Arm Cortex-M4 ความเร็ว 170 MHz สำหรับการทำงานแบบเรียลไทม์
• ตัวควบคุมหลัก – รองรับ Raspberry Pi Zero 2 WH สำหรับ GUI และอินเทอร์เฟสอื่น ๆ
• เซนเซอร์
  • เซนเซอร์วัด pH สำหรับตรวจสอบความเป็นกรด-ด่างของสารละลายธาตุอาหาร
  • เซนเซอร์วัดอุณหภูมิน้ำ เพื่อป้องกันอาการช็อกของราก
  • เซนเซอร์ EC (Electrical Conductivity) สำหรับติดตามความเข้มข้นของธาตุอาหาร
  • เซนเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้นในอากาศ สำหรับตรวจสอบสภาพแวดล้อม
  • เครื่องวัดอัตราการไหลของน้ำ (Flow Meter) สำหรับตรวจจับอัตราการไหลของน้ำ
  • 3x  อินพุตดิจิทัล 3 ช่อง สำหรับเซ็นเซอร์เพิ่มเติม (เช่น ตัวตรวจวัดระดับน้ำ)
• เอาท์พุต:
  • 6x เอาต์พุตสวิตช์ด้านสูง  สำหรับปั๊มและวาล์ว (0-12V, ควบคุมด้วย PWM)
  • รองรับปั๊มสูงสุด 3 ตัวและวาล์ว 3 ตัว (ปั๊มแบบ peristaltic หรือปั๊มน้ำ)
• การขยาย
  • อินเทอร์เฟซบัส CAN รองรับ CAN FD สูงสุด 1 Mbit/s เพื่อการขยายระบบ
  • 3x อินพุตดิจิตอล
• พลังงาน
  • กำลังไฟ 12V จาก DC barrel jack
  • 12V ผ่าน USB-C PD
• ขนาด – 101.0 x 101.0 มม.

RootMaster เป็นฮาร์ดแวร์โอเพนซอร์ส โดยหลังจากดูผังวงจร (schematics) พบว่าเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ-ความชื้นดิจิทัล HDC1080 ถูกบัดกรีติดตั้งไว้บนบอร์ด และเซ็นเซอร์อื่น ๆ จะเชื่อมต่อกับบอร์ดภายนอก นอกจากนี้อุปกรณ์อื่น ๆ บนบอร์ดประกอบด้วย TPS60400DBV ตัวกำเนิดแรงดันไฟฟ้าลบ, ADS1115IDGS ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล (ADC), MCP4017T-502E/LT ดิจิทัลโพเทนชิโอมิเตอร์, ADM3260ARSZ-RL7 ตัวแยกสัญญาณพร้อมตัวแปลง DC/DC ในตัว, REF3020 แรงดันอ้างอิง (Voltage Reference), TLV271 ตัวขยายสัญญาณแบบ Op-amp, CH224K คอนโทรลเลอร์ USB PD, TPD2EUSB30 ไดโอดป้องกัน ESD, AMS1117-3.3 ตัวปรับแรงดันไฟฟ้า 3.3V, TPS5430DDA ตัวแปลงไฟแบบ buck converter, SN65HVD230 ตัวรับส่งสัญญาณ CAN (CAN Transceiver), MCP2518FD-xQBB ตัวควบคุม CAN FD, AT24C256C EEPROM

ตัวเลือกการโปรแกรมและดีบัก RootMaster รองรับหลายรูปแบบเพื่อให้เหมาะสมกับความต้องการของนักพัฒนา อินเทอร์เฟส TagConnect 10-pin (TC2050-IDC), pin header ขนาด 2.54 นิ้วที่รองรับกับ STM32 Blue Pill, คอนเนกเตอร์ Cortex Debug สำหรับสำหรับการดีบักขั้นสูง (ตัวเลือก) และ การอัปเดตเฟิร์มแวร์โดยตรงผ่าน USB DFU, ไฟล์การออกแบบฮาร์ดแวร์ (ผังวงจร KiCad, การวางผัง PCB และอื่นๆ), ไฟล์ 3D, เฟิร์มแวร์ภาษา Rust และอินเทอร์เฟสเว็บ “Hydroponic Flower Control” สามารถพบได้ในบัญชี GitLab ของ OpenHydropnicsและยังมีเอกสารบางส่วนมีอยู่ในเว็บไซต์ OpenHydroponics รวมถึงคำแนะนำในการเปิดใช้งาน CAN Bus และอินเทอร์เฟส 1-wire บนระบบปฏิบัติการ Raspberry Pi OS

ก่อนหน้านี้เราได้เขียนบทความเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร เช่น SenseLora 4G Gateway, WisGate Soho Pro RAK7267 และ Eduponics Mini v2.0 ชุดอุปกรณ์ IoT เกษตรอัจฉริยะ

RootMaster ระบบอัตโนมัติสำหรับการปลูกผักไฮโดรโปนิกส์ ที่ใช้ Raspberry Pi มีจำหน่ายที่ Lectronz  และTindie ในราคาประมาณ $54(~1,800฿) ถ้าต้องการอุปกรณ์เสริมเพื่อเชื่อมต่อด้วย โดยนักพัฒนาได้ทดสอบการใช้งานกับปั๊มไฟฟ้า 12V และเซนเซอร์วัดการนำไฟฟ้าและอุณหภูมิของน้ำ สามารถหาซื้อได้จาก AliExpress

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : RootMaster is a Raspberry Pi Zero 2W-based hydroponic automation system with STM32G4 MCU, CAN Bus, sensors