Internet of Things หรือ IoT คือ อะไร ? การประยุกต์ใช้งาน ESP8266

Internet of Things หรือ IoT คือ อะไร ? และการประยุกต์ใช้งาน ESP8266   

IOT คือ อะไร

Internet of Things  อินเทอร์เน็ตสำหรับสิ่งของ หรือ IoT คือ อะไรกันแน่

              Internet of Things คำนี้เกิดขึ้นมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1999 โดย Kevin Ashton แห่ง MIT’s Media center เขาได้นำเสนอแนวคิดว่า มันคือ การนำสิ่งของต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นคอมพิวเตอร์, เครื่องจักร และตัวตรวจจับมาเชื่อมต่อกับเครือข่ายอินเทอร์เน็ต เพื่อรายงานสถานะการทำงาน สถานะข้อมูล และรับรู้คำสั่งควบคุม สิ่งที่น่าประหลาดใจคือ ในช่วงเวลานั้นโลกเพิ่งรู้จักและใช้งานอินเทอร์เน็ตได้ไม่นาน แต่ Kevin มองเห็นอนาคตและพัฒนาการของสรรพสิ่งที่จะต้องเชื่อมโยงถึงกันผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต

ก่อนจะมาเป็นชื่อ IoT

            แม้ว่าแนวคิดของ IoT ถูกนำเสนอตั้งแต่ปี ค.ศ. 1999 แต่ไม่ได้รับการตอบรับมากนัก อาจมาจากสาเหตุที่ว่า ในเวลานั้นอินเทอร์เน็ตเป็นเรื่องกลุ่มคนเฉพาะ ดูยุ่งยาก และต้องการทรัพยากรมาก แต่ก็มีคนนำแนวคิด IoT ไปสานต่อ และมีชื่อเรียกแตกต่างกันไป อาทิ
Machine-to-machine (M2M)
Ubiquitous Computing
Embedded Computing
Smart Service
Industrial Internet
           จนกระทั่งวันนี้ เมื่ออินเทอร์เน็ตเข้าถึงทุกคน ทุกบ้าน ทำให้แนวคิด Internet of Things ได้รับการยอมรับ และเรียกขานเทคโนโลยีด้วยชื่อเดิมที่ถูกคิดมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1999

arduino

ความหมายของ IoT คือ อะไร

              IoT หรือ Internet of Things หมายถึง เทคโนโลยีที่ก่อให้เกิดการเชื่อมโยงกันของสิ่งของ ผู้คน ข้อมูล และการบริการเข้ากับเครือข่ายอินเทอร์เน็ต ปัจจัยสำคัญในการทำให้เกิด IoT ได้คือ การบรรจุอุปกรณ์สมองกลฝังตัวหรือ embedded system device เข้าไปใน “สิ่งของ” หรือเครื่องมือ เครื่องใช้ต่าง ๆ มีตัวตรวจจับหรือเซนเซอร์เพื่อตรวจวัดค่าที่สนใจ แล้วส่งมายังส่วนสมองกล เพื่อส่งต่อมายังส่วนประมวลผลกลางและฐานข้อมูลผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต ในส่วนหลังนี้มีชื่อเรียกด้วยศัพท์สมัยใหม่ว่า คลาวด์เซิฟเวอร์ (cloud server) * หัวข้อนี้ได้ทำการเรียบเรียงใหม่จากข้อเขียนของ รศ.ยืน ภู่วรวรรณ

             ด้วยการนำอุปกรณ์สมองกลฝังตัวบรรจุลงใน “สิ่งของ” ต่าง ๆ ทำให้ “สิ่งของ” เหล่านั้นทำงานในแบบอัจฉริยะได้ อุปกรณ์เครื่องใช้ต่าง ๆ ในบ้าน ในโรงงาน ในที่ทำงาน ในยานพาหนะ ล้วนแล้วแต่ใช้ระบบสมองกลฝังตัวมากขึ้น ทำให้มันทำงานได้ด้วยตนเอง และ/หรือรวมเข้าเป็นส่วนหนึ่งของระบบใหญ่ เกิดการเชื่อมโยงการทำงานเป็นระบบได้
การทำให้ “สิ่งของ” ทำงานร่วมกันผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต จึงทำให้เกิดนิยามของเทคโนโลยีนี้ขึ้น Internet of Things หรือ IoT เป็นการขยายขอบเขตการทำงานของอินเทอร์เน็ตให้กว้างและลึกลงไปถึงการเชื่อมต่อเพื่อสื่อสารข้อมูลกับ “สิ่งของ” ทำให้เกิดการรับส่งข้อมูลและตอบสนองในแบบทุกที่ทุกเวลา และทุกสิ่งของได้ในที่สุด
             Internet of Thing-IoT เป็นระบบทำงานของสิ่งของอย่างอัตโนมัติ ซึ่งอาจเป็น Person to Things-P2T หรือ Things to Things-T2T เป็นการประยุกต์ที่ใช้งานได้มาก นับเป็นเทคโนโลยีที่มีการเติบโตทางด้านการประยุกต์ และการให้บริการบน IoT สูง มีคุณค่าเพิ่มทางเศรษฐกิจ เป็นระบบเปิดที่พัฒนาต่อยอดได้มาก นับเป็นเทคโนโลยีร่วมสมัยที่ต้องให้ความสนใจ
การทำงานบนพื้นฐานระบบอัจฉริยะเริ่มจาก Machine to Machine (M2M) เป็นการเชื่อมโยงระหว่างอุปกรณ์กับอุปกรณ์ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ IoT โดยอุปกรณ์ต่าง ๆ จะต่อเชื่อมกัน ทั้งแบบเชื่อมต่อตรงหรือผ่านเครือข่าย ทำให้กลายเป็นส่วนขยายของอินเทอร์เน็ต ดังนั้นการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานให้รองรับกับ IoT จึงต้องเพิ่มความเร็ว เพิ่มขนาดช่องสัญญาณ เพิ่มขีดความสามารถของเครือข่ายให้มีความอัจฉริยะ โดยใช้เครือข่ายเป็นฐาน เพื่อใช้ข้อมูลร่วมกัน

mcs-51

ประโยชน์ของ IoT

              ความสัมพันธ์ของผู้คน ชุมชน การดำรงชีวิตสมัยใหม่ผ่านเทคโนโลยี IoT เริ่มจาก นักเรียน นักศึกษา ได้เรียนรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์ IoT จนนำไปสู่การสร้างโครงงานเพื่อส่งต่อหรือร้องขอข้อมูลเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ ทำให้พวกเขาเป็นกลุ่มคนในอนาคตที่จะพัฒนาและบำรุงรักษาเทคโนโลยีต่อไป
ด้านชุมชนได้ใช้อุปกรณ์ IoT ในการตรวจสอบสภาพแวดล้อม การใช้พลังงาน ควบคุมสาธารณูปโภคอย่างชาญฉลาด ช่วยให้เกิดความเป็นอยู่ที่ปลอดภัยเป็นปกติสุข
ด้านการดำรงชีวิตในรูปที่ 1-1 เน้นไปที่เกษตรกร พวกเขาได้ใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์ IoT ในการตรวจสอบสภาพดิน น้ำ อากาศ แล้วส่งข้อมูลผ่านระบบคลาวด์เพื่อนำมาประมวลผล จนนำไปสู่การตัดสินใจแก้ไข หรือปรับปรุงกรรมวิธีในการทำการเกษตร ส่งผลดีต่อปริมาณและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ โดยมีการประสานความร่วมมือกับนักพัฒนาอุปกรณ์ IoT ที่มีการนำข้อมูลแบ่งปันกับนักวิชาการเกษตรในพื้นที่อื่น ๆ ทั่วโลก เพื่อนำมาปรับปรุงอุปกรณ์ IoT ให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่ใช้งาน ทำให้ได้ข้อมูลที่ถูกต้อง นำไปสู่การตัดสินใจแก้ไขปัญหาหรือปรับปรุงกระบวนการผลิตของเกษตรกรได้อย่างถูกต้องมากที่สุดต่อไป

             IoT นำมาซึ่งการพัฒนาเมืองอัจฉริยะหรือ Smart City ผู้คนในเมืองนี้ย่อมต้องการบริการต่าง ๆ ที่สะดวกสบายมากขึ้น อาทิ การเดินทางด้วยยานพาหนะที่ฉลาด จึงต้องพัฒนามีการพัฒนา IoV-Internet of Vehicle โดยมีการสร้างสาธารณูปโภคขั้นพื้นฐานให้รองรับ ก่อให้เกิดการเชื่อมต่อในลักษณะ V2I หรือ Vehicle to Infrastructure ไม่ว่าจะเป็น อุปกรณ์บอกสัญญาณต่าง ๆ บอกตำแหน่ง บอกสภาพพื้นผิวการจราจร นอกจากนี้ ยานพาหนะจำเป็นต้องติดต่อสื่อสารกันเอง หรือ V2V-Vehicle to Vehicle ทั้งนี้เพื่อให้เกิดการเดินทางที่รวดเร็ว สะดวก ปลอดภัย การสร้างเมืองอัจฉริยะจึงเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีหลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นการสื่อสารไร้สายที่ต่อกับเครือข่ายอินเทอร์เน็ต, ระบบสมองกลฝังตัว, เทคโนโลยีโครงข่ายตัวตรวจจับอัจฉริยะแบบไร้สาย, ระบบอาคารหรือบ้านอัตโนมัติ เป็นต้น

ไมโครคอนโทรลเลอร์

ส่วนประกอบของ IoT

ระบบหรือเทคโนโลยี IoT จะเกิดขึ้นได้ต้องมีองค์ประกอบครบดังนี้

  1. สิ่งของ
  2. อุปกรณ์ (ตัวควบคุม, ตัวตรวจขับ และอุปกรณ์ขับโหลดหรืออุปกรณ์เอาต์พุต)
  3. ระบบเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต (จะเป็นแบบมีสายหรือไร้สายก็ได้)
  4. ข้อมูล
  5. ระบบจัดการฐานข้อมูลคลาวด์เซิฟเวอร์ (Cloud server)

IOT คืออะไร

แนวทางในการพัฒนาอุปกรณ์ IoT ในแบบ DIY

              ในรูปแสดงไดอะแกรมเบื้องต้นของแนวทางการพัฒนาอุปกรณ์ IoT ในแบบ DIY (Do it yourself) โดยใช้ฮาร์ดแวร์ที่หาได้ในประเทศไทย จากในรูปแนะนำ 3 แบบหลัก คือ

  1. บอร์ดในอนุกรม Arduino ทั้ง UNO และ Mega2560
  2. บอร์ดคอมพิวเตอร์ Raspberry Pi หรือ Embedded PC
  3. โมดูล NodeMCU

              ในแบบแรกเป็นการใช้บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ในอนุกรม Arduino ซึ่งเป็นโอเพ่นซอร์สแพลตฟอร์มที่ได้รับความนิยมสูง อุปกรณ์สำคัญที่ต้องมีคือ โมดูลหรือวงจรหรือบอร์ดต่อพ่วงที่เรียกว่าชีลด์ (shield) ที่ทำให้บอร์ด Arduino เชื่อมต่อกับเครือข่ายอินเทอร์เน็ตได้ ในกรณีที่เป็นโมดูลตัวที่ได้รับความนิยม คือ ESP-01 ซึ่งใช้ชิป WiFi คอนโทรลเลอร์ในตระกูล ESP8266 โดยใช้เพียง 2 ขาในการเชื่อมต่อคือขา RD และ TD หากเป็นบอร์ดชีลด์ก็จะมีทั้งอีเธอร์เน็ตชีลด์และ WiFi ชีลด์

             ในแบบที่สอง เป็นการใช้บอร์ดคอมพิวเตอร์ 32 บิตร่วมสมัยอย่าง Raspberry Pi ซึ่งใช้ได้ทั้งรุ่น B, B+, 2 (ทำงานผ่านพอร์ตอีเธอร์เน็ตหรือ USB WiFi ดองเกิล) และรุ่น Raspberry Pi 3 (มีวงจร WiFi ติดตั้งพร้อมใช้งาน) รวมไปถึงบอร์ดผู้ผลิตรายอื่น ไม่ว่าจะเป็น Beagle Bone Black, Nano Pi, Banana Pi, Odriod ที่มีคุณสมบัติเทียบเคียงกัน โดยบอร์ดที่กล่าวมาจะมีพอร์ตอีเธอร์เน็ตเพื่อเชื่อมต่อกับเครือข่ายอินเทอร์เน็ต มีพอร์ตอินพุตเพื่อเชื่อมต่อกับตัวตรวจจับและอุปกรณ์เอาต์พุตภายนอกเพื่อสั่งการและควบคุมได้ หากต้องการเชื่อมต่อกับเครือข่ายแบบไร้สาย ต้องจัดหา USB WiFi ดองเกิลมาต่อเพิ่ม
แบบที่สามเป็นแบบที่หนังสือเล่มนี้จะใช้อ้างอิงเป็นหลัก นั่นคือการใช้โมดูล NodeMCU-12E หรือ V2 หรือ Development kit 1.0 (ขึ้นกับการเรียกของผู้ผลิต) โดย NodeMCU-12E นี้ใช้โมดูล WiFi คอนโทรลเลอร์ ESP8266-12E จาก Espressif System ซึ่งมีขาพอร์ตอินพุตเอาต์พุตที่มากพอสำหรับการนำไปใช้งาน ทั้งการติดต่อกับตัวตรวจจับแบบดิจิตอลและอะนาลอก และการติดต่อกับอุปกรณ์เอาต์พุต เพื่อขับให้ทำงานได้ ที่สำคัญคือ ราคาของ NodeMCU-12E ถูก ทำให้ต้นทุนในภาพรวมสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ IoT ในแบบ DIY ต่ำสุด ด้านการพัฒนาโปรแกรมทำได้ไม่ยากด้วยการใช้เครื่องมือของ Arduino IDE รุ่นที่มีการพัฒนาให้รองรับกับ NodeMCU
             นอกจากนั้น ยังมีบอร์ดอย่าง Intel Galileo หรือ Intel Edison จาก Intel ที่นำมาพัฒนาเป็นอุปกรณ์ IoT ได้ โดย Galileo มีพอร์ตที่ตรงกับ Arduino UNO และมีพอร์ตอีเธอร์เน็ตในตัวสำหรับเชื่อมต่อกับเครือข่ายอินเทอร์เน็ตได้ หรือถ้าหากต้องการเชื่อมต่อผ่าน WiFi ก็ทำได้โดยใช้การ์ด WiFi ที่ที่จุดเชื่อมต่อแบบ PCle ส่วน Intel Edison จะมี WiFi ในตัว จึงเชื่อมต่อกับเครือข่ายอินเทอร์เน็ตในแบบไร้สายได้ โดยไม่ต้องเพิ่มอุปกรณ์ใด ๆ แต่เนื่องจาก Intel Edison มีลักษณะเป็นโมดูลคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก การใช้งานในแบบ DIY จึงต้องพึ่งพาบอร์ดอินพุตเอาต์พุตที่มีซ็อกเก็ตสำหรับติดตั้งโมดูล Intel Edison
ดังนั้นการพัฒนาอุปกรณ์ IoT จึงไม่ได้มีเพียงตัวเลือกเดียว หากแต่ผู้พัฒนาต้องมีความชัดเจนในคุณสมบัติทางฮาร์ดแวร์ เพื่อเลือกใช้งานให้เหมาะสม มีความเป็นไปได้ที่ในระบบหรือชุดอุปกรณ์ IoT อาจมีการผสมผสานหรือทำงานร่วมกันของฮาร์ดแวร์ที่มีความแตกต่างกัน เช่น ส่วนอุปกรณ์ย่อยหรือระบบย่อยใช้ NodeMCU-12E เป็นตัวควบคุม โดยมี Raspberry Pi 2 เป็นเสมือน IoT เซิร์ฟเวอร์ เพื่อติดต่อกับระบบย่อยทั้งหมดผ่าน WiFi ก่อนนำข้อมูลจากระบบย่อยเหล่านั้นขึ้นไปยังระบบคลาวด์ เนื่องจาก Raspberry Pi 2 มีขีดความสามารถในการประมวลผลและขนาดของหน่วยความจำที่มากกว่า จึงทำหน้าที่เป็นตัวจัดการข้อมูลในขั้นต้นก่อนส่งขึ้นระบบคลาวด์ เพื่อนำข้อมูลไปใช้ประโยชน์ต่อไป

อ้างอิง

WordPress