ชิป ESP32 คืออะไร ? พร้อมรู้จัก สมาร์ทวอทช์ Gateway ที่ทำมาจากมันกัน

Gateway Smartwatch สมาร์ทวอทช์สุดเจ๋ง ! สำหรับคนชอบ DIY

ในยุคที่เทคโนโลยีก้าวล้ำไปอย่างรวดเร็ว การมีสมาร์ทวอทช์ที่สามารถทำได้มากกว่าแค่บอกเวลาเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้น โครงการ "Gateway" ที่นำเสนอโดย "RoboticWorx" บนเว็บไซต์ Hackster.io นำเสนอแนวคิด และวิธีการสร้างสมาร์ทวอทช์จากไมโครคอนโทรเลอร์ หรือว่าชิป ESP32 ที่มีประสิทธิภาพสูง

มาพร้อมกับความสามารถในการสแกนพื้นที่ด้วย เทคโนโลยี LiDAR และการเชื่อมต่อ Wi-Fi เพื่อส่งข้อมูล แถมยังมีรูปลักษณ์ที่สุดเจ๋งถูกใจสายไอที และอิเล็กทรอนิกส์แน่นอน และในบทความนี้จะพาทุกคนมาดูองค์ประกอบโดยรวมของ Gateway ทั้งหน่วยประมวลผล, หลักการทำงาน ดีไซน์, คุณสมบัติ และขั้นตอนการสร้างสมาร์ทวอทช์ Gateway กัน

ภาพจาก : https://www.youtube.com/watch?v=CMcq_bbSUtM

ชิป ESP32 คืออะไร ? (What is ESP32 Microcontroller ?)

เจ้า ESP32 เป็นชิป หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดเล็ก โปรเซสเซอร์ประมวลผลแบบ 32 บิต ที่มีการฝังเอาการเชื่อมต่อทั้ง Wi-Fi และ Bluetooth เวอร์ชั่น 4.2 ในตัว เรียกได้ว่าเป็นรุ่นต่อยอดของชิปไอซี ESP8266 ที่นิยมกัน ผลิตโดยบริษัท Espressif จากประเทศจีน

ภาพจาก : https://www.amazon.in/ESP32-WROOM-Chip-High-Performance-Solution/dp/B0C4YL6F15

ด้วยความที่ ESP32 มีความสามารถสูง และขนาดที่เล็กมาก ๆ ส่งผลให้มันกลายเป็นชิปที่ได้รับความนิยมในกลุ่มผู้พัฒนาโปรเจค IoT ซึ่งข้อดีของชิปรุ่นนี้ก็จะมีดังนี้เลย

• มีหน่วยประมวลผล (Processor) แบบ Dual-Core ทำให้ทำงานประมวลผลได้เร็วแรง
• ใช้พลังงานต่ำ เหมาะกับงานที่ต้องใช้งานด้วยการแบตเตอรี่
• มีการใช้เทคโนโลยี ไวไฟ (Wi-Fi) และ บลูทูธ (Bluetooth) ในตัว ทำให้เชื่อมต่อไร้สายได้ง่าย
• รองรับการเขียนโปรแกรมด้วยโปรแกรม Arduino IDE ซึ่งเป็นโปรแกรมที่นิยม ทำให้ผู้ใช้งานสามารถเริ่มต้นได้ง่าย

รู้จัก Gateway Smartwatch สมาร์ทวอทช์สุดเจ๋ง (Get to know "Gateway", the Coolest Smartwatch)

ในส่วนนี้เราจะพามาทำความรู้จัก "Gateway" สมาร์ทวอทช์สุดเจ๋ง ที่มีการจำเอาชิป ESP32 จากบริษัท Espressif เป็น ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) ที่ทรงประสิทธิภาพมีชื่อเสียงเป็นที่นิยมในผู้ใช้งานส่วนใหญ่ นำมาแปะลงบนเซอร์กิตบอร์ดที่ออกแบบให้มีขนาดเล็กพอดีกับข้อมือ ควบคู่กับเทคโนโลยีล้ำสมัยอย่าง LiDAR และ Wi-Fi Scanning ทำให้ตัว Gateway มีความน่าสนใจเป็นอย่างมาก

มาถึงตรงนี้บางท่านอาจสงสัยว่าตัวชิป ESP32 มันคืออะไร ? ซึ่ง

ด้วยขนาดที่กะทัดรัด, ความเร็วในการประมวลผลที่เหลือล้น และความสามารถในการเชื่อมต่อไร้สาย ESP32 จึงเป็นตัวเลือกที่ลงตัวสำหรับโปรเจคสมาร์ทวอทช์นี้

ภาพจาก : https://www.hackster.io/RoboticWorx/esp32-based-wireless-smartwatch-lidar-and-wifi-scanning-1adbf3#toc-understanding-the-hardware-2

ดีไซน์ของสมาร์ทวอทช์ Gateway

สมาร์ทวอทช์นี้มีลักษณะที่คล้ายกับสมาร์ทวอทช์ทั่วไปเพียงแต่เราสามารถมองเห็นตัวบอร์ด และ ESP32 ได้เลยอารมณ์แบบโอเพ่นแอร์ ซึ่งดีไซน์แบบนี้รับรองว่าถูกใจสายไอทีที่ชอบงาน D.I.Y อย่างแน่นอน 

ตัวเรือนทำจากวัสดุที่ทนทาน และมีน้ำหนักเบา เพื่อให้สามารถใช้งานได้สะดวกไม่รบกวนการเคลื่อนไหวของผู้สวมใส่ หน้าจอแสดงผลเป็นแบบ OLED ที่ให้ความละเอียดสูงสามารถแสดงผลได้อย่างชัดเจนแม้ในสภาพแสงน้อย ตัวปุ่มควบคุมต่าง ๆ ถูกออกแบบมาให้ง่ายต่อการใช้งาน และมีการออกแบบที่สวยงาม ดูทันสมัย

คุณสมบัติที่น่าสนใจของสมาร์ทวอทช์ Gateway

ตรวจวัดระยะทางด้วย LiDAR 

ภาพจาก Youtube : DIY ESP32-Based Wireless Smartwatch Demo | LiDAR Distance Sensing and WiFi Scanning | Gateway

LiDAR (Light Detection and Ranging) เป็นดั่งดวงตาของสมาร์ทวอทช์รุ่นนี้ เทคโนโลยี LiDAR ทำงานโดยการปล่อยคลื่นแสงออกไป เมื่อคลื่นแสงกระทบวัตถุแล้วสะท้อนกลับ เซ็นเซอร์ก็จะสามารถคำนวณระยะทางจากเวลาที่แสงใช้เดินทางไปกลับได้ข้อมูลที่ได้จากเซ็นเซอร์ LiDAR สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างหลากหลาย

โดยผู้พัฒนาโปรเจคเลือกใช้เป็น เซนเซอร์ VL53L1X ToF (Time-of-Flight) จาก STMicroelectronics   Gateway สามารถใช้วัดระยะทางได้ตั้งแต่ 4 ซม. ถึง 4 เมตร ด้วยความแม่นยำ ±1% ใช้เลเซอร์อินฟราเรดที่มีความยาวคลื่น 940 นาโนเมตร ซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ทำให้ไม่รบกวนการมองเห็นของผู้ใช้งาน แถมยังแปะชุด Laser Pointer ไปอีกด้วย ไว้ใช้สำหรับการใช้งานในกรณีที่อยากจะชี้อะไรสักอย่างในเวลาที่นำเสนองานนั่นเอง

ภาพจาก : https://www.hackster.io/RoboticWorx/esp32-based-wireless-smartwatch-lidar-and-wifi-scanning-1adbf3#overview

ควบคุมอุปกรณ์ไร้สายด้วย ESP-NOW

โครงการสร้างสมาร์ทวอทช์นี้โดดเด่นด้วยการใช้เทคโนโลยี ESP-NOW สำหรับการสื่อสารไร้สาย ซึ่งข้อแตกต่างที่สำคัญของ ESP-NOW เมื่อเทียบกับโปรโตคอลไร้สายอื่น ๆ คือความสามารถในการส่งข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องอาศัยการเชื่อมต่อ Wi-Fi แบบเดิม ส่งผลให้การสื่อสารระหว่างสมาร์ทวอทช์กับอุปกรณ์อื่น ๆ รวดเร็วแบบแทบจะเรียลไทม์เลยทีเดียว

ESP-NOW ทำงานอย่างไร ?

ให้ลองนึกภาพง่าย ๆ ว่า ESP-NOW เหมือนกับการ "โยน" ข้อมูลออกไป แต่ข้อมูลนั้นจะสามารถอ่านได้เฉพาะอุปกรณ์ปลายทางที่มีที่อยู่ MAC Address เฉพาะเท่านั้น นอกจากนี้ ESP-NOW ยังรองรับการเข้ารหัสข้อมูลเพื่อเพิ่มความปลอดภัย เหมาะสำหรับการควบคุมอุปกรณ์สำคัญ เช่น กลอนประตู ทำให้สมาร์ทวอทช์กลายเป็นอุปกรณ์ควบคุมอัจฉริยะหรือ "Gateway" ที่เป็นดั่งประตูที่ไปสู่การควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ได้อย่างแท้จริง

ภาพจาก : https://www.hackster.io/RoboticWorx/esp32-based-wireless-smartwatch-lidar-and-wifi-scanning-1adbf3#overview

ฟังก์ชันเสริมสแกนเครือข่าย Wi-Fi รอบข้าง

ตามที่แสดงในวิดีโอ สมาร์ทวอทช์นี้ยังสามารถสแกนหาเครือข่าย Wi-Fi รอบ ๆ ตัว พร้อมแสดงผลข้อมูลต่าง ๆ เช่น ชื่อเครือข่าย (SSID) ความแรงของสัญญาณ (RSSI) และโหมดการรับรองความปลอดภัย (0-7) 

ภาพจาก : https://www.hackster.io/RoboticWorx/esp32-based-wireless-smartwatch-lidar-and-wifi-scanning-1adbf3#overview

เครื่องวัดระดับน้ำ และเครื่องวัดความลาดเอียง

นอกจากการควบคุมอุปกรณ์และการสแกน Wi-Fi สมาร์ทวทช์รุ่นนี้ยังสามารถเป็นเครื่องวัดระดับน้ำ และเครื่องวัดความลาดเอียงได้ เพียงแค่คุณวางนาฬิกาบนพื้นผิวที่ต้องการวัด แล้วกดปุ่มโหมด IMU (Inertial Measurement Unit) เพื่อเข้าถึงข้อมูลองศาการเอียง และข้อมูลความเร่งแบบเรียลไทม์

เซ็นเซอร์ตรวจจับสารประกอบอินทรีย์ระเหย (VOC)

มีรูมเมทที่น่าสงสัย หรืออยากรู้ว่าเขาแอบทำอะไรอยู่บ้าง ? สมาร์ทวอทช์นี้มาพร้อมกับเซ็นเซอร์ตรวจจับสารประกอบอินทรีย์ระเหย (VOC) ใช้งานง่าย ๆ เพียงแค่เปิดนาฬิกา แล้วสังเกตค่า IAQ (Indoor Air Quality) ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงไปตามก๊าซเป้าหมายที่สัมผัสกับชั้นโลหะออกไซด์ที่ถูกให้ความร้อนของเซ็นเซอร์ BME680

นอกจากนี้ เซ็นเซอร์ตัวนี้ยังสามารถตรวจวัดความชื้น และความดัน ทำให้วัดค่าความสูงเหนือระดับน้ำทะเลได้ อีกทั้งยังสามารถประมาณการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศได้ด้วย ตัวอย่างเช่นผู้สร้างอาศัยข้อมูลความดันอากาศในการคาดการณ์พายุ โดยสังเกตจากค่าความดันสัมพัทธ์ที่ลดลงประมาณ 10hPa เมื่อเทียบกับค่าปกติในพื้นที่นั่นเอง

ฟีเจอร์เสริมที่น่าสนใจ

แม้ผู้สร้างไม่ได้เปิดเผยรายละเอียดทั้งหมด แต่โปรเจคนี้ยังมีคุณสมบัติเพิ่มเติมที่น่าสนใจ เช่น

• Display (หน้าจอแสดงผล) : หน้าจอแสดงผลข้อมูลต่าง ๆ เช่น เวลา, วันที่, อุณหภูมิ, ค่าที่วัดได้จากเซ็นเซอร์ LiDAR ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนเลย์เอาต์ได้หลากหลาย
• Battery (แบตเตอรี่) : เนื่องจาก ESP32 ใช้พลังงานต่ำ จึงทำให้สมาร์ทวอทช์รุ่นนี้สามารถใช้งานได้อย่างยาวนานต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง
• Smartphone Connection (การเชื่อมต่อกับสมาร์ทโฟน) : แม้จะไม่มีการกล่าวถึงแอปพลิเคชันบนสมาร์ทโฟน แต่ด้วยความสามารถของ ESP32 สมาร์ทวอทช์รุ่นนี้อาจเชื่อมต่อกับแอปพลิเคชันเพื่อแสดงข้อมูลเพิ่มเติมหรือปรับแต่งการตั้งค่าได้

ขั้นตอนการสร้าง สมาร์ทวอทช์ Gateway (Step-by-Step of making the Gateway Smartwatch)

ในส่วนของ เว็บไซต์ Hackster.io มีการอธิบายขั้นตอนการสร้างสมาร์ทวอทช์ Gateway ไว้อย่างละเอียด เริ่มตั้งแต่การเตรียมอุปกรณ์ การเขียนโค้ด การประกอบชิ้นส่วน ไปจนถึงการทดสอบ และการใช้งาน อีกทั้งยังมีการวางจำหน่ายตัว Gateway ด้วยสำหรับผู้ที่สนใจแต่อาจจะไม่มีเวลา หรืออุปกรณ์มาทำ ซึ่งจะแนบลิงก์ไว้ในที่มาของบทความนี้ โดยขั้นตอนคร่าว ๆ ก็จะมีดังนี้

website :  https://www.hackster.io/RoboticWorx/esp32-based-wireless-smartwatch-lidar-and-wifi-scanning-1adbf3#toc-understanding-the-hardware-2

เตรียมอุปกรณ์ และเครื่องมือ

เริ่มจากการเตรียมอุปกรณ์ที่จำเป็น เช่น บอร์ด ESP32, เซนเซอร์ LiDAR, หน้าจอแสดงผล และแบตเตอรี่ รวมถึงเครื่องมือที่ใช้ในการประกอบ และโปรแกรมมิ่ง

ภาพจาก : https://www.hackster.io/RoboticWorx/esp32-based-wireless-smartwatch-lidar-and-wifi-scanning-1adbf3#overview

เขียนโค้ด และโปรแกรม ESP32

 ขั้นตอนนี้เป็นการเขียนโค้ดเพื่อควบคุมการทำงานของสมาร์ทวอทช์ โดยใช้ภาษาโปรแกรม C++ และ Arduino IDE เพื่ออัปโหลดโค้ดไปยังบอร์ด ESP32 โค้ดที่เขียนจะรวมถึงการควบคุมการสแกนด้วย LiDAR การเชื่อมต่อ Wi-Fi และการแสดงผลข้อมูลบนหน้าจอ ซึ่งสามารถดูโค้ดได้เลยจากเว็บไซต์ Hackster.io เพราะเป็นโปรเจคแบบโอเพ่นซอร์ส

ภาพจาก : https://www.hackster.io/RoboticWorx/esp32-based-wireless-smartwatch-lidar-and-wifi-scanning-1adbf3#overview

ประกอบชิ้นส่วนต่าง ๆ 

เมื่อโค้ดพร้อมแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการประกอบชิ้นส่วนต่างๆ เข้าด้วยกัน เริ่มจากการติดตั้งเซนเซอร์ LiDAR เข้ากับบอร์ด ESP32 การเชื่อมต่อหน้าจอ และการต่อแบตเตอรี่

ภาพจาก : https://www.hackster.io/RoboticWorx/esp32-based-wireless-smartwatch-lidar-and-wifi-scanning-1adbf3#overview

ทดสอบ และปรับปรุง 

หลังจากประกอบเสร็จสิ้น ต้องทำการทดสอบการทำงานของสมาร์ทวอทช์ หากพบปัญหาต้องปรับปรุง และแก้ไขให้สมบูรณ์

สรุปเกี่ยวกับ สมาร์ทวอทช์ Gateway (Gateway Smartwatch Conclusions)

สมาร์ทวอทช์ Gateway ที่ใช้ชิป ESP32 นี้เป็นโปรเจคที่น่าสนใจ และท้าทายสำหรับผู้ที่ชื่นชอบการทำ D.I.Y และเทคโนโลยี การรวมเทคโนโลยี LiDAR และ Wi-Fi เข้าด้วยกันในอุปกรณ์ขนาดเล็กเช่นนี้ไม่เพียงแต่เพิ่มความสามารถในการใช้งาน แต่ยังเปิดโอกาสให้สามารถนำไปพัฒนาต่อยอดได้อีกมาก

นอกจากนี้แล้ว ผู้สร้างเผยว่า โครงการสร้างสมาร์ทวอทช์อเนกประสงค์นี้เป็นหนึ่งในโปรเจคโปรด และมีแนวคิดมากมายสำหรับการพัฒนา เวอร์ชัน 2 ซึ่งจะมีฟังก์ชันล้ำ ๆ อีกมากมาย แม้ว่าการยัดฟังก์ชันทั้งหมดลงในแผ่น PCB ขนาดเล็กจะเป็นเรื่องท้าทาย ผู้สร้างตั้งใจจะพัฒนาเวอร์ชัน 2 โดยหวังว่าจะได้รับการสนับสนุนจากชุมชน สามารถติดตามความคืบหน้าได้ที่เว็บไซต์ของผู้สร้าง หรือสมัครเป็นสมาชิกเพื่อสนับสนุนค่าใช้จ่ายในการพัฒนาได้

และเนื่องจากแผงวงจรของสมาร์ทวอทช์รุ่นแรกไม่มีการกันน้ำ ผู้สร้างจึงเปิดกว้างให้คอมมิวนิตี้ออกแบบเคสกันน้ำสำหรับสมาร์ทวอทช์โอเพ่นซอร์สนี้ โดยสามารถออกแบบ และอัปโหลดไฟล์ลงบนเว็บไซต์ "Thingiverse" พร้อมทั้งแจ้งชื่อผู้สร้าง ชื่อรุ่น และติดต่อผู้สร้างผ่านทางเว็บไซต์หรืออีเมล "roboticworx@gmail.com"

หากผู้อ่านสนใจที่จะสร้างสมาร์ทวอทช์นี้ด้วยตัวเอง สามารถเข้าชมรายละเอียดทั้งหมดได้ที่ เว็บไซต์ Hackster.io ซึ่งมีการอธิบายอย่างละเอียด และมีรูปภาพประกอบในทุกขั้นตอน นอกจากนี้ยังมีวิดีโอที่ช่วยให้คุณเข้าใจวิธีการประกอบ และการใช้งานได้ง่ายมากขึ้น