DIY สถานีตรวจอากาศและเครื่องวัดคุณภาพอากาศด้วย ESP32-P4 เชื่อมต่อเซนเซอร์ LoRa และ ESP-NOW พร้อมรองรับ Weather API หลายบริการ

Harald Kreuzer ได้พัฒนาสถานีตรวจวัดสภาพอากาศและคุณภาพอากาศด้วย ESP32-P4 มาพร้อมหน้าจอ Dashboard ขนาด 10.1 นิ้ว และเซ็นเซอร์ Sensirion SEN66 ในตัวสำหรับตรวจวัดฝุ่นละออง, CO2, VOC และ NOx พร้อมรองรับการเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ไร้สายผ่าน LoRa และ ESP-NOW

โปรเจกต์นี้ใช้บอร์ดสำเร็จรูปที่หาซื้อได้ทั่วไปทั้งหมด จึง ไม่ต้องออกแบบ PCB หรือฮาร์ดแวร์เฉพาะขึ้นมาเอง ทำให้สามารถนำไปสร้างตามได้ค่อนข้างง่าย นอกจากนี้ยัง ไม่จำเป็นต้องใช้ Cloud หรือสร้างบัญชีผู้ใช้ แต่สามารถเชื่อมต่อกับ Weather API ที่เลือกได้ เช่น Open-Meteo, OpenWeatherMap และ Visual Crossing เพื่อแสดงข้อมูลพยากรณ์อากาศ รายละเอียดการประกอบทั้งหมดมีการอธิบายไว้อย่างละเอียดในบทความ Build Guide ของผู้พัฒนา โดยในบทความนี้จะสรุปเฉพาะฟีเจอร์และส่วนประกอบสำคัญ

สเปคฮาร์ดแวร์ของตัวเครื่องหลัก:

• ใช้บอร์ด ESP32-P4-Module-DEV-KIT-C
  • บอร์ด SBC ESP32-P4-Module-DEV-KIT ขนาดเท่าบัตรเครดิต ที่ใช้โมดูล ESP32-P4NRW32 ซึ่งประกอบด้วยชิป ESP32-P4 พร้อม PSRAM 32MB และชิป ESP32-C6 สำหรับการเชื่อมต่อ WiFi และ Bluetooth
  • จอ IPS ขนาด 10.1 นิ้ว ความละเอียด 1280 x 800 อัตราส่วนคอนทราสต์ 800:1 และความสว่างสูงสุด 400 cd/m²
  • ลำโพง 8Ω 2W (ไม่ได้นำมาใช้ในโปรเจกต์นี้)
  • กล้อง RPi Camera (B) พร้อมสาย FFC 15 พินสำหรับเชื่อมต่อกล้อง (ไม่ได้นำมาใช้ในโปรเจกต์นี้)
• การเชื่อมต่อ LoRa – บอร์ด Heltec V4 (ใช้เฉพาะตัวบอร์ด)
• เซนเซอร์
  • Sensirion SEN66 เซ็นเซอร์มัลติฟังก์ชันสำหรับวัด PM1.0, PM2.5, PM4.0, PM10, ไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) และสารอินทรีย์ระเหย (VOCs)
  • ระบบควบคุมความสว่างหน้าจอประกอบด้วย
    • เซนเซอร์วัดแสง BH1750
    • เซนเซอร์ mmWave 24GHz DFRobot C4001 สำหรับตรวจจับการมีอยู่ของคน โดยรุ่นที่ใช้มีระยะตรวจจับสูงสุด 12 เมตร

นอกจากนี้ Harald ยังอยู่ระหว่างพัฒนาเวอร์ชันใหม่ที่ใช้จอสัมผัส ESP32-P4 ของ GUITION ขนาด 10 นิ้ว ซึ่งคาดว่าจะทำให้ตัวเครื่องบางลง เนื่องจาก ESP32-P4 ถูกติดตั้งรวมอยู่บนบอร์ดหน้าจอโดยตรง

แม้จะใช้งานตัวเครื่องหลักเพียงอย่างเดียวแล้ว ผู้ใช้ยังสามารถเพิ่มโมดูลเซ็นเซอร์ภายนอกผ่าน LoRa และ ESP-NOW ได้หลากหลายรูปแบบ เช่น

• Sensor-Receiver – ตัวรับข้อมูล LoRa + ESP-NOW ใช้ Heltec WiFi LoRa 32 ที่ใช้ ESP32-S3
• Sensor-LORA-BME280 – เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ความชื้น และความดันอากาศผ่าน LoRa ใช้ Heltec WiFi LoRa 32 V3/V4
• Sensor-LORA-BME280-HTCC-AB01 – เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ความชื้น และความดันอากาศผ่าน LoRa ใช้ Heltec CubeCell HTCC-AB01 V2 ซึ่งมีราคาถูกกว่าและไม่มีหน้าจอ
• Sensor-LORA-SHT45 – เซ็นเซอร์อุณหภูมิและความชื้นผ่าน LoRa ใช้ Heltec WiFi LoRa 32 (ESP32-S3)
• Sensor-LORA-RadiationD – Geiger Counter ผ่าน LoRa ใช้หลอด RadiationD-v1.1 และ Heltec WiFi LoRa 32 V4 (ESP32-S3)
• Sensor-LORA-RadiationD-HTCC-AB01 – Geiger Counter แบบเดียวกัน แต่ใช้ Heltec CubeCell HTCC-AB01 V2
• Sensor-ESP-NOW-BME280 – เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ความชื้น และความดันอากาศผ่าน ESP-NOW โดยใช้บอร์ด ESP32 ทั่วไป ซึ่งเป็นหนึ่งในโปรเจกต์ย่อยรุ่นแรกสุด

ซอร์สโค้ดสำหรับ ตัวเครื่องหลัก, โมดูล Receiver และโมดูลเซ็นเซอร์ต่าง ๆ เปิดให้ดาวน์โหลดบน GitHub โดยส่วนใหญ่พัฒนาด้วย ESP-IDF ขณะที่โมดูลที่ใช้ CubeCell จะใช้เฟิร์มแวร์ที่พัฒนาด้วย Arduino/PlatformIO ส่วน UI ของตัวเครื่องหลักใช้ LVGL และออกแบบด้วย EEZ Studio ซึ่งเป็น GUI Editor แบบโอเพนซอร์ส

นอกจากนี้ผู้ใช้จำเป็นต้องพิมพ์เคสสำหรับตัวเครื่องหลักและเซ็นเซอร์ต่าง ๆ ด้วยเครื่องพิมพ์ 3D โดยไฟล์ STEP และ SolidWorks สำหรับเคสเวอร์ชันใหม่สามารถพบได้ในโฟลเดอร์ SolidWorks ของ repository เฟิร์มแวร์ของโปรเจกต์

โปรเจกต์สถานีตรวจอากาศและเครื่องวัดคุณภาพอากาศแบบ DIY นั้นมีให้เห็นอยู่มากมาย เช่น MoreSense MS-07, Project Aura หรือ SparkFun ESP32 Arduino IoT Weather Station แต่โปรเจกต์นี้ถือว่ามีความซับซ้อนในระดับสูง และเป็นโปรเจกต์แรกที่ใช้ ESP32-P4 ที่ผมเคยพบเห็น

แม้โปรเจกต์นี้จะช่วยให้ผู้สร้างได้เรียนรู้และสนุกกับการสร้างสถานีตรวจวัดสภาพอากาศด้วยตัวเอง แต่ ไม่ได้หมายความว่าจะประหยัดกว่าการซื้อผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เนื่องจากต้นทุนฮาร์ดแวร์ค่อนข้างสูง โดยเฉพาะเซ็นเซอร์คุณภาพอากาศ ต้นทุนเฉพาะตัวเครื่องหลักโดยประมาณ ดังนี้:

• บอร์ด Waveshare ESP32-P4-Module-DEV-KIT-C – $77.99 (~2,600฿) ที่ Waveshare หรือ $98.55 ที่ Amazon
• บอร์ด Heltec V4 – $29.99 (~1,000฿) ที่ Amazon
• Sensirion SEN66 – $62.03 (~2,000฿) ที่เว็บไซต์ Sensirion
• เซนเซอร์วัดแสง BH1750 – $1.39 (~50฿) ที่ AliExpress
• เซนเซอร์ C4001 24GHz (รุ่น 12 เมตร) – $12.90 (~400฿) ที่ DFRobot

รวมแล้วอย่างน้อยประมาณ $185 (~6,000฿) โดยยังไม่รวมภาษี, ค่าจัดส่ง, น็อตและสกรู, เส้นพลาสติกสำหรับพิมพ์ 3D รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติม ถ้าต้องการสร้างโมดูลเซ็นเซอร์ภายนอก

แปลจากบทความ : DIY ESP32-P4 weather station & air quality monitor connects to LoRa and ESP-NOW sensors, various weather APIs

Suthinee Kerdkaew

บรรณาธิการข่าวและบทความภาษาไทย CNX Software ได้มีความสนใจในด้านเทคโนโลยี โดยเฉพาะ Smart Home และ IoT