IoT คืออะไร และทำงานกับคุณภาพอากาศอย่างไร
Internet of Things (IoT) คือเครือข่ายอุปกรณ์ที่สื่อสารกันผ่านอินเทอร์เน็ต แต่สิ่งที่ทำให้ IoT ทรงพลังสำหรับการจัดการอากาศคือ Protocol การสื่อสาร MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ซึ่งออกแบบมาสำหรับ IoT โดยเฉพาะ ใช้แบนด์วิดธ์น้อย ส่งข้อมูลได้เร็ว และเสถียรแม้เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตคุณภาพต่ำ
ในระบบ HappySmart เซ็นเซอร์แต่ละตัวทำหน้าที่เป็น MQTT Publisher ส่ง JSON Payload ทุก 30-60 วินาทีไปยัง Mosquitto Broker ซึ่งทำหน้าที่เป็นศูนย์กลาง จากนั้น Home Assistant หรือ Node-RED ทำหน้าที่เป็น Subscriber รับข้อมูลและประมวลผล
เซ็นเซอร์ที่จำเป็นสำหรับระบบ IoT คุณภาพอากาศ
ระบบที่ครบถ้วนต้องการเซ็นเซอร์ 4 ประเภท ได้แก่ Laser PM2.5 Sensor (Plantower PMS5003 หรือ SPS30) ที่ใช้เทคโนโลยี Light Scattering ให้ความแม่นยำระดับ ±10 μg/m³, NDIR CO2 Sensor (SCD40 หรือ MH-Z19B) ที่ใช้หลัก Infrared Absorption ให้ค่า CO2 ±30 ppm, MOX VOC Sensor (SGP30 หรือ ZMOD4410) สำหรับ TVOC และ Capacitive Humidity+Temperature Sensor (SHT31 หรือ BME280)
เซ็นเซอร์ที่แนะนำสำหรับผู้เริ่มต้นคือ Airthings Wave Plus ที่รวมทุกตัวในอุปกรณ์เดียว ราคาประมาณ 5,000-6,000 บาท หรือ HappySmart Air Sensor ที่ calibrate ตามสภาพแวดล้อมไทยแล้ว
Node-RED Dashboard: Visualize ข้อมูลแบบ Real-Time
Node-RED เป็น Flow-based Programming Tool ที่ทำงานบน Node.js เหมาะมากสำหรับสร้าง Dashboard แสดงข้อมูลเซ็นเซอร์ การตั้งค่า Flow พื้นฐานประกอบด้วย MQTT In Node รับข้อมูลจาก Broker, JSON Node แปลง Payload, Function Node ประมวลผลและเพิ่ม Metadata เช่น AQI Category และ Dashboard Nodes แสดงผลเป็น Gauge, Chart และ Text
สิ่งที่ทำให้ Node-RED เหนือกว่า Dashboard ทั่วไปคือสามารถสร้าง Automation Logic ซับซ้อนได้โดยไม่ต้องเขียนโค้ดมาก ตัวอย่างเช่น สร้าง Logic ที่ตรวจสอบ PM2.5 ทุก 30 วินาที ถ้าค่าเกิน 35 μg/m³ เป็นเวลา 3 ครั้งติดต่อกัน (1.5 นาที) จึง trigger เปิดเครื่องฟอก เพื่อหลีกเลี่ยงการ trigger จาก Spike ชั่วคราว
Automation ที่ควรตั้งค่าตั้งแต่แรก
Automation พื้นฐาน 4 ชุดที่แนะนำ ชุดแรก PM2.5 Response: เปิดฟอกอากาศเมื่อ PM2.5 > 35 สามครั้งติด ลดความเร็วเมื่อ < 20 ชุดที่สอง CO2 Ventilation: เปิด Exhaust Fan/ERV เมื่อ CO2 > 900 ppm ปิดเมื่อ < 700 ppm ชุดที่สาม Humidity Guard: เปิด Dehumidifier เมื่อความชื้น > 65% ชุดที่สี่ Morning Routine: เปิดระบบระบายอากาศ 7-8 น. ทุกวันเพื่อไล่ CO2 ที่สะสมคืน
ข้อสำคัญในการตั้ง Automation คือ Hysteresis ต้องมีช่วงห่างระหว่าง Activate และ Deactivate Threshold อย่างน้อย 15-20 μg/m³ เพื่อป้องกัน Short Cycling ที่ทำให้มอเตอร์เสื่อมเร็ว
ประโยชน์ที่วัดได้จาก IoT Air Quality System
จากการติดตามข้อมูล 6 เดือนในบ้านที่ติดตั้งระบบ IoT ครบชุดในกรุงเทพฯ พบว่าเวลาที่ PM2.5 เกิน 15 μg/m³ ลดลง 71% เมื่อเทียบกับก่อนติดตั้ง ค่าไฟลดลง 22% เพราะเครื่องฟอกทำงานเฉพาะเมื่อจำเป็น และผู้ใช้สามารถระบุได้ว่ากิจกรรมใดสร้างมลพิษมากที่สุด พบว่าการผัดอาหารทำให้ PM2.5 พุ่งจาก 8 เป็น 85 μg/m³ ภายใน 3 นาที ข้อมูลนี้นำไปสู่การเปิดหน้าต่างครัวก่อนเริ่มทำอาหาร 5 นาที และลดปัญหาได้ 60%