บทความ Project Home Control ควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านด้วย Android

ตอนที่ 3. - โดย Tumrobot

โครงสร้างทาง Hardware ของกล่อง Home Control

กล่อง Home Control นี้ออกแบบ Hard Ware โดยใช้การควบคุมด้วย MCU ของ Microchip เบอร์ PIC18F458-I/P ซึ่งเป็นการออกแบบโดยใช้เบอร์ MCU ที่หาได้ง่ายตามท้องตลาด และเบอร์ PIC18F458-I/P นี้ยังมีคุณสมบัติที่สามารถโปรแกรมผ่าน Boot Loader ซึ่งเราไม่จำเป็นต้องมีเครื่องมือสำหรับโปรแกรม Firmware ที่เราพัฒนาเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงบางฟังก์ชั่นเพิ่มเติมด้วยตัวเราเอง หรือแม้กระทั่งในอนาคต ทางทีมงาน OpenFog มีการ Update Firmware ของกล่อง Home Control เพื่อเพิ่มคุณสมบัติความสามารถในด้านอื่นๆ เข้าไปเราก็จะสามารถ Update Firmware ของกล่องโดยที่ไม่จำเป็นต้องไปซื้อ Programming Tool เพื่อมาโปรแกรม MCU ของเรา

ข้อดีอีกข้อของ Boot Loader นั่นก็คือเราสามารถ Update Firmware บนกล่อง Home Control ของเราได้โดยไม่ต้องเปิดกล่อง และไม่ต้องรื้อจากที่ติดตั้งซึ่งจะมีความยุ่งยากและลำบาก เพียงแค่เราโปรแกรมผ่าน Boot Loader

ความจริงแล้วเราสามารถใช้ MCU เบอร์อื่นๆที่ราคาถูกกว่า ทดแทนได้เหมือนกัน เพียงแต่ว่าเราจำเป็นต้องหา Boot Loader ของเบอร์นั้นๆ มาด้วย ซึ่งในที่นี้เราจะของเรียก วิธีการนี้ว่า การอัพเดทโปรแกรมผ่าน Ethernet

   

จากวงจรนี้เราสามารถแบ่งการทำงานของแต่ละส่วนหลักๆ ได้ดังนี้

1. ส่วนควบคุมนั้นใช้ MCU เบอร์ PIC18F458-I/P ของ Microchip เป็นตัวคุมควบการทำงานของวงจรทั้งหมด ซึ่งเราเลือกใช้การเขียนโปรแกรมควบคุมด้วยภาษาซี ซึ่งง่ายต่อการเรียนรู้สำหรับผู้เริ่มต้น และสามารถพัฒนาต่อเองได้โดยไม่ยุ่งยาก สำหรับผู้เริ่มต้นเขียนโปรแกรม MCU Microchip ด้วยภาษาซี นั้นสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมได้ ที่นี่

ปล. Firmware สำหรับ MCU ของโปรเจ็ค HomeControl Demo Kit สามารถ ดาวน์โหลดได้ ที่นี่

2. ส่วน Ethernet Interface จากวงจรนี้ส่วนที่ต้องติดต่อกับ Ethernet นี้เราเลือกใช้ Xport ของ Lantronix เป็นตัว Interface สัญญาณ Ethernet ซึ่งตัวนี้จะเป็นตัวจัดการเรื่อง Stack TCP/IP ทั้งหมดโดยที่เราไม่ต้องไปยุ่งหรือวุ่นวายกับ Stack ที่ค่อนข้างซับซ้อน เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้น และเหมาะสำหรับใช้งานที่ต้องการความแน่นอน แม่นยำค่อนข้างสูง โดย Xport นี้สามารถเป็น Mini Server ให้เราสามารถเข้าไปแก้ไขหรือเพิ่มเวป page ในกล่อง Home Control ได้อีกด้วย ซึ่งการพัฒนานั้นจะสามารถพัฒนาด้วย ภาษา Html, CGI และ Java Applet

Xport สามารถลดความยุ่งยากในการเขียนโปรแกรมติดต่อ MCU ในระบบ Internet ให้กลายเป็นเรื่องง่าย โดยคุณสมบัติพิเศษนั้นของ Xport ก็คือเราสามารถค้นหาตัว กล่อง Home Control ที่ตั้ง IP ไม่ตรงกับวง LAN ของเราและแก้ไขได้อย่างง่ายดายผ่านโปรแกรม Device Installer ของ Lantronix และนอกจากนั้นเรายังสามารถแก้ไข IP หรือ Port และการทำงานของ I/O ของ Xport ได้ง่ายอีกด้วย

3. ส่วนควบคุม Output เป็นการใช้ MCU สั่งงานชุดขับ Relay ซึ่งวงจรนี้ออกแบบโดยแยก 3 ชุด Relay เป็นชุดจ่ายไฟ 220 V โดยมี Fuse 10 A ป้องกัน Output ด้วโดยผู้ใช้งานสามารถนำไปจ่ายไฟเข้ากลับปลั๊กพ่วง พัดลม หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ที่ต้องการไฟ 220 V ได้ และอีก 3 ชุด Relay เป็นชุด Contact Switch โดยเราสามารถนำหน้า Contact ต่อคร่อมกับ Switch ไฟฟ้าที่บ้านของเราได้เลย

4. ส่วนควบคุมฐานเวลา วงจรนี้ใช้ DS1302 เป็นตัวควบคุมฐานเวลาของระบบ โดยวัตถุประสงค์ก็คือเพื่อใช้งานในส่วนของการแสดงวันเวลาบนหน้าจอแสดงผล และ เป็นฐานเวลาให้กับระบบการตั้งเวลาของกล่อง Home Control โดย DS1302 นี้ต่อเข้ากับ Battery Backup 3V ดังนั้นไม่ว่าจะเกิดเหตุการณ์ไฟฟ้าขัดข้อง หรือมีการ Reset ระบบ ตัวฐานเวลาก็จะสามารถเดินต่อไปได้โดยไม่ต้องมา Set เวลาใหม่

5. ส่วนแสดงผล LCD เป็นจอ LCD Character ขนาด 2 บรรทัด เพื่อให้แสดงผลเวลา ของระบบและ แสดง IP ที่เรา Fix ให้กับกล่อง Home Control

6. ส่วนจ่ายไฟให้กับระบบ เป็นส่วนควบคุมไฟของกล่อง Home Control โดยส่วนนี้จะปรับระดับแรงดันไฟ 220 V ที่ผ่าน Switching Power Supply ซึ่ง Output ที่ออกมานั้นจะมีแรงดันอยู่ที่ 5V จะถูกปรับแรงดันให้เหลือ 3.3V โดยตัว Regulator LM1117-3.3 เพื่อที่ MCU, DS1302 และ Xport จะสามารถทำงานได้โดยไม่มีปัญหาอะไร

 

รายการอุปกรณ์ของ Home Control Kit ดาวน์โหลดได้ ที่นี่

 

  Home Control Hardware Flow Cart  
   

 

 

  PCB และตำแหน่งการวางอุปกรณ์ บน PCB หน้าเดียว  
   

ตัวอย่าง PCB หน้าเดียว

ทำที่ร้าน ซีเกท เซอร์กิต ใครสนใจไฟล์ PCB ก็สามารถ Download PCB file ได้ ที่นี่

หรือจะไปสั่งทำที่ร้านอีกก็ได้ครับ รหัสนำรหัสสั่งทำ PCB ไปติดต่อเลยครับโดยรหัสตามนี้เลยครับ

   

 

ตำแหน่งลงอุปกรณ์สำหรับ PCB 2 หน้าในกล่อง Home Control

PDF file สามารถดาวน์โหลดได้ ที่นี่

   

 

ตำแหน่งลงอุปกรณ์เทียบกับลายปริ๊นท์ ด้านบน

PDF File สามารถดาวน์โหลดได้ ที่นี่

   

อ่านต่อ ตอนที่ 4