ระบบโทรมาตรขนาดเล็ก

จาก Thailand Science and Technology Wikipedia

เนื้อหา 1 ระบบโทรมาตร 1.1 ระบบนี้ทำงานอย่างไร 1.2 ส่วนประกอบของโทรมาตรขนาดเล็ก 1.3 การเชื่อมโยงข้อมูล

ระบบโทรมาตร

คือ อุปกรณ์ที่สามารถตรวจวัดค่าทางฟิสิกส์ เคมี หรือ ชีวภาพ แล้วส่งค่าที่วัดได้ไปยังที่ที่กำหนดไว้ได้เอง ในเงื่อนไขต่างๆ ที่กำหนดไว้ ค่าหรือข้อมูลที่ตรวจวัดอาจจะเป็น อุณหภูมิ ความชื้น ค่าความเป็นกรด ด่าง หรือ ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ หรือ แม้กระทั่งภาพถ่าย หรือ ข้อมูลที่เกิดขึ้นจากตัวระบบโทรมาตรเอง เช่น สถานะการทำงาน เป็นต้น

ระบบโทรมาตรขนาดเล็ก เป็นระบบโทรมาตรที่ออกแบบมาให้มีขนาดเล็ก ติดตั้งง่าย ใช้เวลาติดตั้งน้อย และสามารถถอดเคลื่อนย้ายได้โดยง่าย^[1]

ระบบนี้ทำงานอย่างไร

อุปกรณ์โทรมาตรขนาดเล็ก มีการทำงานไม่ซับซ้อนและเน้นใช้มาตรฐานในการเชื่อมต่อที่เข้าใจง่ายและมีใช้ อยู่ทั่วไป โดยจะแบ่งการทำงานออกเป็น 3 ส่วน ตามลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ คือ

1. อุปกรณ์ตรวจวัด ประกอบด้วยชุดหัววัดแบบต่างๆ โดยให้ค่าสัญญาณที่วัดได้ในรูปแบบมาตรฐาน คือ 0 - 5 V หรือ 4 - 20 mA ซึ่งปัจจุบันมีผู้ผลิตหัววัดแบบต่างๆ มากมายหลายชนิด หลากลักษณะการใช้งาน โดยระบบโทรมาตรขนาดเล็ก สามารถติดหัววัดได้ทุกชนิด ตามมาตรฐานดังกล่าว ปัจจุบันที่ใช้อยู่ได้แก่ ชุดหัววัดอุณหภูมิ ความชื้น ความกดอากาศ ความเข้มแสง และระดับน้ำ โดยความละเอียดและความถูกต้องขึ้นอยู่กับหัววัดของแต่ละผู้ผลิตที่ผลิตออกมา จำหน่าย โดยเลือกหัววัดที่มีราคาเหมาะสม คือ ไม่แพงเกินไป และให้ค่าความถูกต้องเพียงพอกับการใช้งานโดยทั่วๆ ไป หรือ ในงานที่ต้องการความถูกต้องสูงขึ้น ก็สามารถเปลี่ยนไปใช้หัววัดที่มีคุณภาพสูงได้ นอกจากนี้ยังได้พัฒนาชุดต่อกับอุปกรณ์วัดปริมาณฝน ชนิด Tipping Bucket เพื่อให้สามารถนับปริมาณฝน ได้ด้วย

2. อุปกรณ์ควบคุมการทำงาน และส่งข้อมูล เป็นหัวใจหลักของการทำงาน โดยมีไมโครคอนโทลเลอร์เป็นอุปกรณ์ควบคุมการทำงานทั้งหมด พัฒนาและเขียนโปรแกรมขึ้นใช้เอง ทำให้สามารถปรับแต่ง แก้ไขระบบได้ตามต้องการ โดยมีระบบนาฬิกาของเครื่อง บันทึกและสั่งงานตามที่กำหนดได้อีกทั้งยังส่งข้อมูลในรูปแบบมาตรฐาน RS232 ไปยังอุปกรณ์ส่งข้อมูลผ่านจีพีอาร์เอส (GPRS) และยังสามารถบันทึกข้อมูลไว้ในแฟลชเมมโมรี่ (Flash Memory) ของเครื่อง เพื่อผู้ใช้สามารถถอดหน่วยความจำ (Memory) ไปอ่านข้อมูลภายหลังได้ ลักษณะการทำงานของชุดควบคุม คือ เป็นการตั้งค่าช่วงเวลาที่ต้องการวัดข้อมูล และส่งข้อมูลทันทีเมื่อถึงเวลาที่กำหนด ตั้งแต่ ทุก นาที ทุก 10 นาที ทุกชั่วโมง หรือ ทุกวัน โดยข้อมูลที่ได้อยู่ในรูปของข้อความ ส่งข้อมูลไปยังเครื่องคอมพิวเตอร์ม่ข่าย เพื่อประมวลผลและแสดงผลได้ทันที โดยมีค่าเวลาที่ตรวจวัดกำกับไว้เสมอ ผู้ใช้สามารถนำเครื่องคอมพิวเตอร์มาเชื่อมต่อกับอุปกรณ์เพื่อดูค่าข้อมูลได้ โดยตรง โดยไม่ต้องใช้โปรแกรมพิเศษ และยังสามารถนำข้อมูลไปใช้งานได้ทันที ในรูปของตารางหรือกราฟ จากโปรแกรม Excel อีกด้วย

3. อุปกรณ์จ่ายไฟฟ้า และชุดป้องกันอุปกรณ์ ด้วยระบบนี้ใช้ไฟฟ้า 12V จึงสามารถประยุกต์ใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้ารูปแบบต่างๆ ได้อย่างหลากหลาย เช่น ใช้หม้อแปลงไฟฟ้าจากไฟฟ้าบ้าน 220 V AC เป็น 12 V DC หรือใช้แบตเตอรี่รถยนต์ ก็ได้ ในอนาคตจะได้พัฒนาให้ระบบใช้ไฟฟ้าน้อยลง เพื่อจะได้นำแผงโซล่าร์เซลขนาดเล็ก มาใช้งานได้ และเนื่องจากอุปกรณ์มีขนาดเล็ก จึงบรรจุลงในกล่องพลาสติกกันน้ำ และสามารถติดตั้งไว้ภายนอกอาคาร เพื่อให้ง่ายต่อการติดตั้ง หรือจะติดตั้งไว้ภายในอาคาร เพื่อสะดวกต่อการบำรุงรักษาก็ได้

ระบบโทรมาตรขนาดเล็กนี้จะส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่จีพีอาร์เอส (GPRS) ไปยัง เครื่องคอมพิวเตอร์แม่ข่าย ที่เปิดช่องทางรอรับข้อมูล และตรวจสอบข้อมูลก่อนที่จะจัดเก็บลงระบบฐานข้อมูล เพื่อการใช้งานต่อไป โดยในระบบแสดงผล สามารถแสดงผลในรูปแบบต่างๆ ผ่านทางเว็บไซต์หรือ หน้าจอโทรศัพท์เคลื่อนที่ ด้วย WAP page โดยสามารถเลือกดูข้อมูล ตำแหน่งที่ตั้ง ช่วงเวลาได้ตามต้องการ ในรูปแบบของข้อมูลตัวเลขเชิงสถิติ กราฟ ตาราง สถานะการทำงานของเครื่อง และแสดงผลในรูปแบบของภูมิสารสนเทศ (GIS) ผ่านอินเทอร์เนตได้

ส่วนประกอบของโทรมาตรขนาดเล็ก

1. ชุดตรวจอากาศ

ทำหน้าที่เปลี่ยน อุณหภูมิ ความชื้น ความกดอากาศ ความเข้มแสง ในบริเวณจุดติดตั้งเป็นแรงดันไฟฟ้า 0 ถึง 5 โวลท์ โดยใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซนเซอร์ (Electronics Sensor) ซึ่งแผงวงจรเซนเซอร์จะติดตั้งอยู่ในครีบจานเพื่อป้องกันละอองน้ำฝน และให้อากาศโดยรอบไหลผ่านเซนเซอร์ได้ดี เพื่อให้ค่าที่วัดสภาพอากาศเป็นไปตามความจริง คุณสมบัติ

• วัดอุณหภูมิ (Temperature) 0 - 100 °c ±1°c
• วัดความชื้นสัมพัทธ์ (Humidity) 0 – 100%RH ±2%RH
• วัดความกดอากาศ (Pressure)150 - 1015 mbar ±1mbar
• วัดความเข้มแสง (Light) 0 – 1000 w/sq.m ±10 w/sq.m
• ใช้ไฟฟ้ากระแสตรง 5 โวลท์
• ใช้สายนำสัญญาณแบบสาย LAN ต่อกับConnector RJ45
• ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 เซนติเมตร สูง 13 เซนติเมตร

2. ถังวัดน้ำฝน

ทำหน้าที่วัดปริมาณน้ำฝนในบริเวณจุดติดตั้ง โดยรับน้ำฝนที่ตกลงมาผ่านปากถังไหลลงกระบะตวง เมื่อปริมาณน้ำฝนที่ตกลงมาเท่ากับ 0.2 มิลลิเมตร กระบะตวงจะกระดกหนึ่งครั้ง แล้วเทน้ำฝนทิ้ง กระบะตวงอีกอันก็จะมารับน้ำฝนแทน การทำงานจะเป็นเช่นนี้วนไปเรื่อยๆเมื่อฝนยังตก การกระดกแต่ละครั้งก็จะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปให้วงจรนับ เพื่อนับจำนวนครั้งในการกระดก ดังนั้นปริมาณน้ำฝนจะเท่ากับจำนวนการกระดกคูณด้วย 0.2 มีหน่วยเป็นมิลลิเมตร คุณสมบัติ

• วัดปริมาณน้ำฝน (Rain Gauge) 0 – 9999 mm ความละเอียด 0.2 mm
• สายนำสัญญาณแบบสายโทรศัพท์ ยาว 12 เมตรConnector RJ11 4 Pin
• วัสดุทำจาก ABS Plastic เส้นผ่านศูนย์กลาง 16.5 เซนติเมตร สูง 24 เซนติเมตร
• สามารถตั้งค่าเพื่อปรับเทียบ (Calibrate) ที่อุปกรณ์ได้

3. ชุด data logger

ทำหน้าที่เก็บข้อมูลและควบคุมการทำงานของระบบโทรมาตร โดยรับข้อมูลจากอุปกรณ์ตรวจวัดมาประมวลผลแล้วนำข้อมูลที่ได้ไปเก็บหรือส่ง ออกภายนอกต่อไป

คุณสมบัติ

• ไมโครคอนโทลเลอร์ PIC 18F458 และระบบ Real Time Clock พร้อมแบตเตอรี่ Back up
• มี Analog to Digital 8 bit จำนวน 8 ช่อง สามารถขยายเป็น Analog to Digital 12 bit และขยายจำนวนช่องสัญญาณได้
• มีช่องวงจรนับ เพื่อต่อกับชุดวัดปริมาณฝน จำนวน 1 ช่อง
• มีช่องสัญญาณ สำหรับใส่หัววัดอุณหภูมิและความชื้นภายในตัวเครื่อง
• มีช่อง Input / Output สำหรับควบคุมอุปกรณ์ระดับ TTL 5V จำนวน 8 ช่อง และขยายจำนวนช่องได้
• ส่งข้อมูลชนิดข้อความ(ACSII CODE)ทาง RS-232 DB 9 และสามารถต่อเข้ากับเครื่องคอมพิวเตอร์ได้โดยตรง
• มีอุปกรณ์บันทึกข้อมูลใส่ใน Flash Memory ชนิด Compact Flash
• ระบบสามารถรองรับไฟฟ้าที่ใช้งานได้ตั้งแต่ 9 – 25 โวลต์ กระแสตรง หรือ กระแสสลับ และมีช่องไฟฟ้า 12 V DC 500 mA เพื่อต่อใช้งาน
• ส่งข้อมูลโดยอัตโนมัติ ทุก 1 ชั่วโมง ถ้ามีฝนตกจะส่งข้อมูลทุก 10 นาที
• สามารถเปลี่ยนช่วงเวลาการเก็บและส่งข้อมูล ได้ ตั้งแต่ 10 วินาที ถึง 1 ปี (ต้องกำหนดจากทางโรงงานก่อนการติดตั้ง)
• ส่งข้อมูลผ่านระบบ GPRS ของผู้ให้บริการโทรศัพท์มือถือ (DTAC,AIS,True move) ต้องมี sim card และค่าบริการ GPRS
• หน้าจอ LCD แสดงนาฬิกา และจำนวนครั้งที่ส่งข้อมูล
• มีฟิวส์อิเล็กทรอนิกส์ ป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร
• ใช้ไอซีเร็กกูเรตแบบสวิทช์ชิ่ง 5 V 1 A
• มี RS-232 แบบ Multiplex จำนวน 2 เอาท์พุท
• Connector แบบ Modula RJ45 ,RJ11 และ 3 pin ตัวผู้
• การ Setup ทำได้ง่ายด้วยปุ่ม 2 ปุ่ม
• สามารถประยุกต์ใช้งานเพื่อควบคุมการ เปิด-ปิด อุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างอื่นได้
• สามารถเลือกแรงดันไฟฟ้า 5 หรือ 12 โวลท์สำหรับจ่ายให้เซนเซอร์ได้โดยการเซต Jumper บนบอร์ด
• ใช้ไอซีไมโครคอนโทรลที่มีขายทั่วไป จึงสามารถพัฒนาได้อย่างต่อเนื่อง
• อุปกรณ์ทั้งหมด มีจำหน่ายในประเทศ

4. Adapter

ทำหน้าที่เปลี่ยนจากไฟฟ้ากระแสสับ 220 โวลท์ เป็นไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลท์ เพื่อเป็นแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับระบบ โทรมาตร

คุณสมบัติ

• เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบสวิทช์ชิ่งพาวเวอร์ซับพลายมีความร้อนต่ำ ทำงานได้ตลอด 24 ชั่วโมง มีขนาดเล็ก
• แรงดันอินพุท 100 -240 VAC 1.2 A 50 – 60 Hz
• แรงดันเอาท์พุท 12 VDC จ่ายกระแสได้สูงสุด 3 A

5. ชุดเสา

*เสาสูง 9 เมตร แบ่งเป็น 6 เมตรบน ติดตั้ง เสา Yaki

• 3 เมตรล่างติดตั้ง ตู้ควบคุม, Solar cell, Rain guage, Weather guage

น้ำหนักโดยรวม 84 กก. : เสา 46 กก. | ตู้ควบคุม 26 กก. | แผง solar 5กก. |อุปกรณ์พ่วง 7 กก.

การเชื่อมโยงข้อมูล

ผังแสดงการทำงาน การส่งข้อมูลจาก GPRS Modem ไปยัง Sever และเชื่อมโยงผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต

1. อุปกรณ์ Data Logger จะส่งข้อมูลที่ถูกเก็บไว้ในรูปแบบ text file ผ่านทาง port RS-232 ไปยัง GPRS Modem ซึ่งการส่งข้อมูลในแต่ละครั้งจะเป็นไปตามเวลาที่กำหนดไว้ โดยข้อมูลต่างๆ จะประกอบด้วย วันเวลาที่เก็บข้อมูล ปริมาณฝน และ สภาพอากาศ
2. GPRS Modem จะส่งข้อมูลผ่านสัญญาณ GPRS โดยใช้ FTP Protocol เข้าสู่ FTP Server
3. ข้อมูลทั้งหมดจะถูกส่งเข้าเก็บที่ Database Server หลัก และมีการ Mirror ข้อมูล ไว้อีก 1 ที่ โดยผ่านโครงข่าย VPN
4. การเชื่อมโยง Server เข้ากับเครือข่ายอินเทอร์เน็ต ในส่วนของ Server หลัก ได้มีการติดตั้ง firewall เพื่อเพิ่มความปลอดภัยให้กับข้อมูล
5. ผู้ใช้สามารถเรียกใช้งานข้อมูลผ่านทางเครือข่ายอินเทอร์เน็ต

อ้างอิง

1. ↑ สสนก.