วิจัยและพัฒนาสถานีตรวจวัดอากาศอัตโนมัติ (AWS:Automatic Weather Station)

 การวิจัยและพัฒนาสถานีตรวจวัดอากาศอัตโนมัติ
(AWS:Automatic Weather Station)

ในปัจจุบันและในอนาคตนั้น บอกได้เลยว่าใคร ๆ ก็สามารถพัฒนาดาต้าล๊อกเกอร์หรือทำเครื่องตรวจวัดสภาพอากาศได้ ตั้งแต่ผู้ผลิตต่าง ๆ จนกระทั้งนักวิจัยเอง ด้วยเทคโนโลยีตัวช่วยในปัจจุบันนั้นทำขึ้นได้ไม่ยากเย็นเลย ดังนั้นทางเราจึงมิได้มุ่งเน้นการพัฒนาเฉพาะในส่วนดาต้าล๊อกเกอร์ไปแข่งขั้นกับผู้ผลิตอื่นในตลาด แต่มุ่งเน้นไปในทางด้านระบบทั้งหมด ตั้งแต่ออกแบบ ทดสอบ ผลิต ใช้งาน ตลอดจนบำรุงรักษาแบบครบวงจรทั้งหมด ในทางระบบนั้นเราดูแลตั้งแต่การออกแบบให้สอดคล้องกับหน่วยงานต่าง ๆ ที่ต้องการใช้งานข้อมูล นำไปติดตั้งทดสอบใช้งาน ดูแลข้อมูลต่าง ๆ ส่งข้อมูลต่อผู้ใช้งาน ตลอดจนการแก้ไขปัญหาและซ่อมบำรุงด้วยผู้ผลิตเอง ทำให้งานต่อเนื่องแก้ไขปัญหาได้ทันท่วงที นั้นหมายถึงระบบการให้บริการถึงผู้ใช้ข้อมูลที่ทางเราดูแลให้ ทางด้านการพัฒนาเครื่องดาต้าล๊อกเกอร์นั้น เราได้พัฒนาออกแบบขึ้นใหม่เรื่อย ๆ เพื่อให้สอดคล้องกับเทคโนโลยีปัจจุบันที่มีการพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว และพัฒนาไปในทิศทางที่เป็นเครือข่าย ให้สามารถทำงานได้ทั้งแบบออฟไลน์และออนไลน์ ซึ่งแตกต่างจากเครื่องตรวจวัดสภาพอากาศจากที่อื่น ๆ อย่างเช่น เราได้พัฒนาโปรโตคอล SAP:Scalable Access Protocol ขึ้นมาใช้ในดาต้าล๊อกเกอร์ของเรา ทำให้เราสามารถนำไปใช้ในการสื่อสารทั้งข้อมูล รูปภาพ เสียง ฯลฯ โดยผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต คลื่นวิทยุ สายส่งข้อมูลทองแดง สายส่งข้องมูลใยแก้วนำแสง ฯลฯ ซึ่งส่งผลให้สามารถส่งข้อมูลได้หลายช่องทาง หรือเป็นเครือข่ายสำรองได้หลายช่องทางเช่นกัน และคงพัฒนาไปยังเครือข่ายอื่น ๆ เช่นเครือข่าย APRS:Automatic Packet Report System เป็นต้น

ส่วนอุปกรณ์เซ็นเซอร์ส่วนใหญ่จะเลือกใช้ของ Davis ซึ่งเป็นบริษัทที่ผลิตอุปกรณ์ตรวจวัดสภาพอากาศที่มีความน่าเชื่อถือสูงมาอย่างยาวนาน มีการใช้งานทั้งทางบกและทางทะเล ผลิตด้วยเนื้อพลาสติก ABS กันรังสี UV สูง น้ำหนักเบา ไม่ถูกกัดกร่อนจากกรดน้ำทะเลหรือฝนกรด(ถ้าเป็นอุปกรณ์จำพวกโลหะเมื่อถูกกัดกร่อนความผิดพลาดในการวัดจะมีสูงขึ้น) อุปกรณ์เซ็นเซอร์ของ Davis นั้นได้ทดสอบการใช้งานจริงในประเทศไทยมากกว่า 7ปีแล้วพบกว่า ยังคงสภาพการทำงานได้ดี พลาสติกไม่กรอบ ไม่ผุ และยังคงใกล้เคียงสภาพเดิมกว่า 90%

     การออกแบบและการพัฒนาในส่วนดาต้าล๊อกเกอร์นั้น ได้ถูกออกแบบมาให้ใช้งานในทุกสถานที่ ทำงานด้วยตนเอง กินกำลังไฟต่ำ ส่งข้อมูลออนไลน์ได้ และให้สอดคล้องกับอุปกรณ์เซ็นเซอร์ต่าง ๆ โดยมีลำดับการพัฒนาดังนี้

NakhonThai Automatic Weather Station I (Model: NAWS-GSM Rev.1A)

          เป็นเมนด์บอร์ดรุ่นแรกที่ได้พัฒนาขึ้นในปี พ.ศ.2549 ถูกนำมาใช้แทนดาต้าล๊อกเกอร์ของสถานีตรวจวัดอากาศที่ซื้อมาจากอิตาลีที่ไม่สามารถออนไลน์ข้อมูลได้ ซึ่งเซ็นเซอร์วัดความเร็วลม ทิศทางลม ปริมาณน้ำฝน นั้นใช้ของ Davis ส่วนอุณภูมิอากาศและความชื้นสัมพัทธ์ใช้เซ็นเซอร์ SHT11 สำหรับดาต้าล๊อกเกอร์ที่พัฒนาขึ้นมาใหม่นี้ รองรับเซ็นเซอร์ตรวจจับของเดิมได้ เพิ่มเซ็นเซอร์ตรวจวัดความกดอากาศและพลังงานแสงอาทิตย์เข้าไปด้วย มีระบบประจุไฟแบตเตอร์รี่ในตัว และควบคุมตั้งค่าหรือเรียกดูข้อมูลผ่าน SMS ได้ ส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายโทรศัพท์ GPRS ต่ออินเทอร์เน็ตส่งข้อมูลเข้าเซิร์ฟเวอร์ฐานข้อมูลและแสดงผลหรือนำไปวิเคราะห์อากาศเพื่อการเตือนภัยพิบัติ ต่อไป

ดูรายละเอียดคุณสมบัติเพิ่มเติมได้ที่http://www.weatherwatch.in.th/index.php?ind=reviews&op=entry_view&iden=1

NakhonThai Automatic Weather Station I (Model: NAWS-GSM Rev.1B)

          พัฒนาเพิ่มเติมจากรุ่น Rev.1A ในช่วงปีพ.ศ.2551 โดยการออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ใหม่ทั้งหมด จัดวางเรียงอุปกรณ์ใหม่ และเพิ่มในส่วนรองรับต่อกับกล้องถ่ายภาพนิ่งได้

ดูรายละเอียดคุณสมบัติเพิ่มเติมได้ที่
http://www.weatherwatch.in.th/index.php?ind=reviews&op=entry_view&iden=15

NakhonThai Automatic Weather Station I (Model: NAWS-RF/GSM Rev.2A)

          พัฒนาขึ้นมาใหม่ทั้งหมดในช่วงปลายปีพ.ศ.2553 โดยเปลี่ยนวัสดุอุปกณ์เป็นชนิด SMT เปลี่ยนระบบเครือข่ายโมดูล GSM เป็นชนิด SMT ออนบอร์ด เพิ่มระบบสื่อสารทางคลื่นวิทยุย่าน UHF และระบบ SCADA ทาง RS485 เปลี่ยนเซ็นเซอร์อุณภูมิและความชื้นเป็น SHT15 ที่มีความแม่นยำสูงขึ้น ความกดอากาศเปลี่ยนเป็น SCP1100 สัญญาณดิจิตอลแทนระบบอนาล๊อกเดิม การวัดสัญญาณอนาล๊อกที่เป็นเซ็นเซอร์ทิศทางลม พลังงานแสงอาทิตย์ นั้นเปลี่ยนตัวแปลงสัญญาณอนาล๊อกเป็นดิจิตอล(ADC) เป็น 18บิทข้อมูล(จากเดิม 10บิท) ทำให้วัดค่าที่ละเอียดและแม่นยำขึ้น เพิ่มการจัดเก็บข้อมูลลงหน่วยความจำชนิด Micro-SD สามารถเก็บข้อมูลได้นานนับสิบปี(4GB)

ดูรายละเอียดคุณสมบัติเพิ่มเติมได้ที่
http://www.weatherwatch.in.th/index.php?ind=reviews&op=entry_view&iden=16

NakhonThai Automatic Weather Station I (Model: NAWS-RF/GSM Rev.2B)

พัฒนาขึ้นมาใหม่ทั้งหมดในช่วงปีพ.ศ.2554 โดยการแก้ไขบัค PCB เดิม และเลือกใช้อุปกรณ์ทั้งหมดเป็นชนิด SMT เพิ่มแบตเตอร์รี่สำหรับนาฬิกา(RTC) เพิ่มอุปกรณ์ตรวจวัดความชื้นดิน รองรับการเชื่อมต่อจาก TNC และกล้องถ่ายภาพนิ่งผ่านสัญญาณ RS422

NakhonThai Automatic Weather Station I (Model: NAWS-RF/GSM Rev.2C)

          รุ่นล่าสุดในบอร์ดสีน้ำเงินในปีพ.ศ.2555 แก้ไขจุดบกพร่องในลายเส้นทองแดงบางจุดและขยับอุปกรณ์บางตัวให้ทำงานได้ดียิ่งขึ้น และพัฒนาซอฟร์แวร์ให้รองรับกับอุปกรณ์ที่หลากหลาย ตลอดถึงการเชื่อมโยงข้อมูลผ่านเครือข่ายโทรศัพท์ SCADA VPN RF และ APRS และมีโครงสร้างการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่าง ๆ ดังนี้

 ในส่วนเมนบอร์ดดาต้าล๊อกเกอร์นั้น เป็นบอร์ดอิเล็คทรอนิคส์ที่ใช้สำหรับอ่านค่าจากหัววัดต่าง ๆ แล้วแปลงค่าให้อยู่ในรูปข้อมูล พร้อมทั้งนำไปจัดเก็บในหน่วยความจำและส่งออกผ่านเครือข่ายต่าง ๆ ไปแสดงผลออนไลน์และจัดเก็บเข้าสู่ฐานข้อมูลในระบบ ดังนั้นในเมนบอร์ดเดียวจึงทำงานได้หลายส่วน ดังหัวข้อต่อไปนี้

ความหมายและส่วนต่าง ๆ บนเมนบอร์ดดาต้าล๊อกเกอร์

หมายเลข 1 ปลั๊กไฟเข้า เป็นปลั๊กตัวเดียว ต่อสายจาก 2แหล่งจากตัวแบตเตอร์รี่และจากแผงโซล่าเซลล์ การถอดไฟทั้งหมดจะถูกปลกจากแหล่งจ่าย หรือเสียบเข้าไฟทังหมดจะถูกเชื่อมต่อจ่ายเข้าพร้อมกัน จะถูกถอดออกหรือเสียบเข้าในการบำรุงรักษาหรือตรวจซ่อมเท่านั้น ซึ่งจะมีอยู่ 4ขา

หมายเลข 2,3,4 เป็นส่วนของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิทซ์ชิ่งเพาเวอร์ โดยหมายเลข 2 เป็นส่วนควบคุมการประจุไฟแบตเตอร์รี่ หมายเลข 3 ส่วนจ่ายไฟ 3.3V ให้กับอุปกรณ์เซ็นเซอร์ต่าง ๆ และหมายเลข 4 เป็นส่วนจ่ายไฟให้กับชุดโมดูลสัญญาณวิทยุ[10] และโมดูลโทรศัพท์[7]

หมายเลข 5 เป็นส่วนควมคุมเปิดปิดอุปกรณ์ต่อพ่วง 4 ช่องสัญญาณ

หมายเลข 6 ซิมการ์ดโทรศัพท์

หมายเลข 7 โมดูลโทรศัพท์ GSM/GPRS/EDGE และขั้วต่อเสาภายนอกแบบ SMA

หมายเลข 8 แบตเตอร์รี่นาฬิกาชนิด LITHIUM 3V เบอร์ CR1220

หมายเลข 9 ช่องเสียบ Micro SD CARD แบบกดล๊อคกดถอนออก

หมายเลข 10 โมดูลวิทยุ UHF 439.00MHz

หมายเลข 11 CPU และแหล่งจ่ายเฉพาะ

หมายเลข 12 สวิทซ์รีเซ็ตภายใน และมี J1 สำหรับต่อสายสวิทซ์ออกภายนอกกล่อง

หมายเลข 13 ช่องต่อเซ็นเซอร์ต่าง ๆ หรืออุปกรณ์อื่น ๆ ผ่านแจ็ค RJ11 โดยบนตัวบอร์ดจะมีชื่อเขียนชนิดอุปกรณ์ และลำดับไว้ การติดตั้งนั้นมักจะใส่มาร์คเกอร์ ไว้บนสายสัญญาณกำกับไว้ด้วย 

โครงสร้างแบบการเชื่อมโยงข้อมูล

จากรูปประกอบที่ 1 ได้แสดงผังการทำงานทั้งระบบในการตรวจวัดอากาศสู่ผู้ใช้งานทั่วไป โดยแบ่งออกเป็นส่วน ๆ และอธิบายแต่ละส่วนได้ดังต่อไปนี้

SENSOR เป็นส่วนตัวตรวจจับหรือหัววัดต่าง ๆ ประกอบไปด้วย หัววัดอุณหภูมิ ความชื้นสัมพัทธ์ ความเร็วลม ทิศทางลม ปริมาณน้ำฝน พลังงานแสงอาทิตย์ กล้องถ่ายภาพนิ่ง เป็นต้น ข้อมูลสัญญาณต่าง ๆ จะถูกส่งเข้าสู่ดาต้าล็อกเกอร์ต่อไป

DATA LOGER  เป็นส่วนเครื่องทำงานหลัก  ซึ่งเป็นหัวใจของระบบ  โดยจะนำสัญญาณจากตัวตรวจจับ/หัววัด(SENSOR) มาแปลงค่าให้เป็นข้อมูล แล้วทำการจัดเก็บเข้าสู่หน่วยความจำ(Micro SD Card) หรือส่งผ่านข้อมูลออกสู่ระบบออนไลน์ด้วยเครือข่ายโทรศัพท์(GSM) หรือเครือข่ายวิทยุ(RF UHF) ต่อไป

NETWORK เป็นส่วนเครือข่ายที่จะนำข้อมูลสู่ผู้ใช้ ซึ่งจะส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายโทรศัพท์(GSM) ผ่านบริการ GPRS ที่เชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายอินเทอร์เน็ตเพื่อนำข้อมูลส่งเข้าสู่เซิร์ฟเวอร์ในการเก็บข้อมูลและแสดงผลต่อไป อีกทางหนึ่งส่งข้อมูลผ่านระบบวิทยุสื่อสารย่าน UHF ซึ่งจะมีสถานี IGATE(Internet Gate Way) นำข้อมูลเข้าสู่ระบบอินเทอร์เน็ต หรือสถานีตรวจอื่น ๆ ก็สามารถทำหน้าที่เป็น IGATE ได้ด้วยเช่นกัน ซึ่งจะถูกใช้งานในขณะที่สัญญาณโทรศัพท์(GSM) ในโครงข่ายสถานีนั้นล่มหรือใช้งานไม่ได้เป็นต้น

SERVER เป็นส่วนพักข้อมูลให้บริการแค่ผู้ใช้โดยตรงหรือทางอ้อม ด้วยเหตุที่ตัวเครื่อง DATA LOGER เป็นเครื่องทำงานเฉพาะด้าน การทำงานและการประมวลผล และความเร็วของเครือข่ายจึงไม่สูงมากนัก การให้บริการข้อมูลแก่ผู้ใช้โดยตรงนั้นจึงทำให้ผลการทำงานที่ล่าช้า ดังนั้น จึงต้องอาศัยส่งข้อมูลไปพักไว้ที่คอมพิวเตอร์ผู้ให้บริการ(SERVER) ซึ่งคอมพิวเตอร์บริการนี้จะมีประสิทธิภาพสูง วางอยู่บนเครือข่ายที่มีความเร็วสูง ดังนั้นจะให้บริการแก่ผู้ใช้ได้ในความเร็วสูง รองรับผู้ใช้ได้ในปริมาณมาก อีกทั้งสามารถทำหน้าที่เป็นฐานข้อมูลที่ทำหน้าที่จัดเก็บข้อมูลเพื่อใช้ข้อมูลย้อนหลังได้ อีกทั้งยังคงทำหน้าที่เป็นตัวให้บริการข้อมูล แด่เซิร์ฟเวอร์รายอื่นในการแสดงผลแต่ผู้ใช้ในวงกว้างออกไปได้อีกด้วย

END USERเป็นส่วนผู้ใช้งานทั่วไป ไม่ว่าจะเป็น PDA TABLET PC ฯลฯ ที่เชื่อมต่อสู่ระบบอินเทอร์เน็ตได้ ก็สามารถเปิดเว็บบราวเซอร์ทำการแสดงผลตรวจวัด แจ้งเหตุ ดาวน์โหลดข้อมูลย้อนหลัง ฯลฯ ได้ทันที ในส่วน SMS และ RADIO เป็นส่วนที่รับส่งข้อมูลกับ DATA LOGER โดยตรง ซึ่งมักถูกเป็นการแสดงผลชั่วคราว หรือใช้ควบคุมระบบชั่วคราว สำหรับผู้ควบคุมดูแลเท่านั้น

ประโยชน์สูงสุดของสถานีตรวจวัดอากาศนี้เป็นการตรวจวัดที่ละเอียดเก็บข้อมูลทุก ๆ  5นาที(มาตรฐานอุตุนิยมฯ ทุก 3 ชั่วโมง) ดังนั้นนักวิชาการในแขนงต่าง ๆ จะนำข้อมูล ณ สถานีที่ตั้งนั้นไปวิเคราะห์เพื่อนำไปใช้ประโยชน์อื่น ๆ อีกมากเช่น การนำข้อมูลไปวิเคราะห์ประมวลผลเชิงตัวเลขเพื่อการเตือนภัยพิบัติล่วงหน้า การนำข้อมูลไปวิเคราะห์เพื่อการเกษตรกรรม การนำข้อมูลไปอ้างอิงเพื่อประกาศภัยหนาวหรือภัยแล้ง การนำข้อมูลแสดงต่อสาธารณะชนเพื่อการท่องเทียว เป็นต้น

• < ต่อไป
• ต่อไป >