แนวทางการประยุกต์ใช้ Internet of Things (IoT) กับ Smart Agriculture 4.0

บทนำ

ปัจจุบันได้เริ่มมีการนำเกษตรกรรมบทบาทมากขึ้นในด้านการพัฒนาประเทศอย่างยั่งยืน ซึ่งสอคคล้องกับนโยบายของรัฐบาล Thailand 4.0 เน้นเศรษฐกิจขับเคลื่อนด้วยนวัตกรรม Value-Based Economy โดยทำให้เห็นความสำคัญการคิดค้นนวัตกรรมใหม่ๆ เพื่อช่วยขับเคลื่อนเศรษฐกิจใน Thailand 4.0 ซึ่งเรื่องที่เป็นจุดเน้นมากที่สุดคือ กลุ่มอาหาร เกษตร และเทคโนโลยีชีวภาพ (สำนักวิชาการ, สำนักงานเลขาธิการสภาผู้แทนราษฎร. 2559) ถ้าเรามองอัตราการเติบโตของจีดีพี 15 ปีย้อนหลัง ประมาณปี 2545-2548 ช่วง 3 ปีนี้จีดีพีโตประมาณ 6-7% พอมาในช่วง 2549-2550 ขยับลงมาเหลือ 4-5% ปี 2550-2551 เหลือประมาณ 0.1 ตอนนั้นเริ่มมีวิกฤติเศรษฐกิจที่อเมริกา มาถึงช่วง 3 ปีสุดท้ายที่ผ่านมา ประมาณ 0-2% ปีสุดท้ายประมาณ 2.8% ถ้าดูอย่างนี้ เปรียบเทียบจีดีพีเฉลี่ย 15 ปี ประมาณ 4% กว่าๆ ถ้า 10 ปีเฉลี่ย 3%กว่าๆ ถ้า 5 ปีเหลือแค่ 2%กว่าๆ ไม่ใช่เพราะการเมืองอย่างเดียว แต่เป็นเพราะว่าโครงสร้างเศรษฐกิจของเรามีปัญหา ความไม่เท่าเทียมกันขยายห่างขึ้นเรื่อยๆ ภาคที่แข็งแรงคือภาคอุตสาหกรรม ขณะที่ภาคเกษตรเตี้ยลงเรื่อยๆ สิ่งแวดล้อมเสียหาย ปีก่อนน้ำท่วม ปีนี้แล้ง ถ้าเราปล่อยให้เป็นอย่างนี้ต่อไปอนาคตเมืองไทยมีปัญหาแน่นอน (สมคิด จาตุศรีพิทักษ์ 2559)

เกษตรกรไทยยุค THAILAND 4.0 จุดเริ่มต้นหรือที่มาส่วนหนึ่งของ Smart Farmer คือ การไม่ทำร้ายธรรมชาติ ใช้ทรัพยากรเท่าที่จำเป็น ทำแล้วต้องสบายขึ้นเรื่อย ๆ ไม่ใช่ยิ่งทำยิ่งเหนื่อย เช่น การมีพื้นที่เล็ก ๆ แต่สามารถออกแบบให้ปลูกแบบผสมผสานและเกื้อกูลกันได้ ต้องใช้เทคโนโลยีเป็น ซึ่งก็ถูกต้อง เพราะคนที่จะเป็น Smart Farmer ต้องเชื่อมโลกได้เอง Smart Farmer ต้องเข้าใจตั้งแต่กระบวนการผลิต การบริหารจัดการ เข้าใจธรรมชาติ และเข้าใจเทคโนโลยี (สุมิท แช่มประสิทธิ์, 2559)

จึงเกิดแนวคิดการประยุกต์ใช้ Internet of Things ช่วยในการจัดการปลูกพืชในครัวเรือน ในพื้นที่ที่มีจำกัดให้ได้ผลประโยชน์มากที่สุด ได้เชื่อมโยงไปถึง Smart Farmer กล่าวคือตัวเกษตรกรต้องเป็นบุคคลที่มีความรู้ในด้านเกษตรกรรมและเทคโนโลยี สามารถนำมาประยุกต์ใช้ร่วมกันได้อย่างสมบูรณ์ สามารถแก้ไขปัญหาได้ มีความคิด รู้จักการวางแผนงาน และเป็นคนที่รู้จักใช้เทคโนโลยีเพื่อลดปัญหาเรื่องของแรงงาน

เทคนิคที่น่าสนใจ

            Internet of Things เป็นเทรนด์ที่กำลังเกิดขึ้นในสังคมปัจจุบัน หมายถึง เทคโนโลยีอินเตอร์เน็ตที่เชื่อมอุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ เช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ รถยนต์ ตู้เย็น โทรทัศน์ และอื่นๆ เข้าไว้ด้วยกัน โดยเครื่องมือต่างๆ จะสามารถเชื่อมโยงและสื่อสารกันได้โดยผ่านระบบอินเตอร์เน็ต ซึ่งในอนาคตของผู้บริโภคทั่วไปจะเริ่มคุ้นเคยกับเทคโนโลยีที่ทำให้สามารถควบคุมสิ่งของต่างๆ ทั้งจากในบ้าน และสำนักงานหรือจากที่ไหนก็ได้ เช่น การควบคุมอุณหภูมิภายในบ้าน การเปิดปิดไฟ ไปจนถึงการสั่งให้เครื่องรดน้ำต้นไม้ หรือแปลงเกษตรของตนเอง แต่อย่างไรก็ตามยังมีเทคโนโลยีอื่นๆ ยังจำเป็นต้องมีพัฒนาก่อน ถึงจะเกิดเป็น IoT ยกตัวอย่าง เช่น ระบบตรวจจับต่างๆ (Sensors) รูปแบบการ เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ และระบบที่ฝังตัวอยู่ในคอมพิวเตอร์ 

ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ เข้ากับเครือข่ายอินเตอร์เน็ต และสามารถสั่งงานที่เราต้องการได้นั้น จึงจำเป็นต้องมีนักพัฒนาด้านอิเล็กทรอนิกส์และระบบสั่งการหรือโค้ดโปรแกรม เพื่อใช้สั่งการอุปกรณ์ต่างๆ เนื่องจาก Internet of Things มีพื้นฐานอยู่บนระบบฝังตัว หรือสมองกลฝังตัว (embedded system) คือ ระบบประมวลผล ที่ใช้ชิปหรือไมโครโพรเซสเซอร์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ เป็นระบบคอมพิวเตอร์ขนาดจิ๋วที่ฝังไว้ในอุปกรณ์ เครื่องใช้ไฟฟ้า และเครื่องเล่นอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ตามที่มีคนให้คำจำกัดความไว้ว่า “The Internet of Things it the interconnection of uniquely identifiable embedded computing devices within the existing Internet infrastructure.” Sundresan P., Norita Md N., Valliappan R., (2015) ซึ่งต้องมีอินเตอร์เน็ตเป็นโครงสร้างพื้นฐาน แต่ส่วนประกอบหนึ่งที่มีความสำคัญก็คือระบบฝังตัว

ปัจจุบันมีอุปกรณ์มากมายถูกผลิตขึ้นมาเพื่อให้นักพัฒนาสามารถนำไปใช้ต่อยอดสร้างชิ้นงานเชื่อมต่อเข้ากับ Internet of Things โดยมีคุณสมบัติที่สามารถเชื่อมต่อระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ไร้สาย (Wireless LAN หรือ Wi-Fi) ได้ แบ่งออกเป็นกลุ่มๆ ดังนี้

กลุ่มที่ 1 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับ Internet of Things บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์กลุ่มนี้ ผู้ผลิตออกแบบและสร้างขึ้นมาให้เราสามารถพัฒนาโปรแกรมลงในไมโครคอนโทรลเลอร์บนบอร์ด ควบคุมอินพุตและเอาต์พุตเชื่อมต่ออุปกรณ์เพื่อตรวจจับหรือแสดงผลได้ตามต้องการ พร้อมใส่อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อเครือข่ายแบบไร้สาย Wi-Fi มาบนบอร์ดไม่จำเป็นต้องต่อเพิ่มเติมเอง ยกตัวอย่างเช่น Electric Imps, Spark Core, Arduino Yun, Intel Edison, Wireless Router ต่างๆ

กลุ่มที่ 2 โมดูลสื่อสารไร้สาย Internet of Things โมดูลบางตัวที่มีคุณสมบัติสามารถเป็นอุปกรณ์ Internet of Things ได้ ยกตัวอย่างเช่น โมดูล ESP8266 ซึ่งราคาไม่สูง สามารถทำงานได้ในระดับหนึ่ง แม้ปัจจุบันยังมีอยู่ไม่มากและเข้าถึงยาก แต่ในอนาคตอันใกล้คาดว่าจะมีโมดูลแบบนี้ออกมาอีกหลายตัวแน่นอน ซึ่ง ESP8266 สามารถทำงาน Standalone เนื่องจากภายในมีไมโครคอนโทรลเลอร์อยู่ (แต่ไม่สามารถโปรแกรมแบบทั่วไปได้) ต้องพัฒนาเฟิร์มแวร์ให้ทำงานตามความต้องการ กลุ่มนักพัฒนาที่สนใจได้แบ่งปันข้อมูลดังกล่าวไว้ ผู้ใช้อาจดาวน์โหลดเฟิร์มแวร์ที่มีการทำงานตามที่เราต้องการมาติดตั้งใช้งาน

กลุ่มที่ 3 บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ + โมดูลสื่อสารไร้สาย ทำงานร่วมกันเป็น Internet of Things กลุ่มนี้เป็นการประยุกต์ใช้บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ต่างๆ ที่เราคุ้นเคย ร่วมกับโมดูสื่อสารไร้สายที่มีให้เลือกหลากหลายตามความต้องการ เขียนแอพพลิเคชั่นให้ทำงานในลักษณะคล้ายกับกลุ่มที่ 1 เพียงแต่เราต้องจับคู่เชื่อมต่อบอร์ดกับโมดูลต่างๆ เอง ยกตัวอย่างเช่น การใช้ Arduino ร่วมกับ Wi-Fi Shield หรือ UART Wi-Fi การใช้ Raspberry Pi กับ USB Wi-Fi Dongle เพียงเท่านี้ก็สามารถเชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายได้ (บริษัท วีนัส ซัพพลาย จำกัด: มปป.)

เนื่องจากในปัจจุบัน ประเทศไทยก้าวเข้าสู่ยุค Thailand 4.0 ที่เริ่มมีการนำเกษตรกรรมบทบาทมากขึ้นในด้านการพัฒนาประเทศอย่างยั่งยืน ซึ่งสอคคล้องกับนโยบายของรัฐบาล ที่มุ่งเน้นเศรษฐกิจขับเคลื่อนด้วยนวัตกรรม Value-Based Economy โดยทำให้เห็นความสำคัญการคิดค้นนวัตกรรมใหม่ๆ เพื่อช่วยขับเคลื่อนเศรษฐกิจใน Thailand 4.0 ซึ่งเรื่องที่เป็นจุดเน้นมากที่สุดคือ กลุ่มอาหาร เกษตร และเทคโนโลยีชีวภาพ ในการเกษตรสมัยใหม่ได้เกิดกระบวนการทำงานหรือการเพาะปลูกที่มีระบบหมุนเวียน อย่างเช่น Aquaponics (อควาโปนิกส์) ซึ่งศาสตร์ใหม่ เป็นกระแสใหม่ที่กำลังได้รับความนิยมสำหรับคนรักปลา ผู้ที่ชอบเลี้ยงปลาสวยงาม ซึ่งมักจะคุ้นเคยกับการปลูกพืชน้ำต่างๆ ในระบบบ่อกรอง บ่อบำบัด แต่มาระยะหลังๆ เริ่มมีการผสมผสานเทคโนโลยีที่ดีที่สุด ของแนวทางและหลักการของระบบการปลูกพืชไร้ดิน ไฮโดรโปนิกส์ hydroponics มาผสมผสานกันอย่างลงตัว โดยใช้ของเสียจากปลาที่ผสมอยู่ในน้ำ มาหมุนเวียนใช้ร่วมกับจุลินทรีย์ต่างๆ เพื่อเปลี่ยนของเสียให้เป็นธาตุอาหารที่ผักต้องการ เพื่อใช้เป็นอาหารของผักแทนปุ๋ย ปรากฏว่าประสบความสำเร็จเป็นอย่างดี จึงเป็นอีกทางเลือกใหม่ สำหรับการปลูกพืชผักไว้กินเองในครอบครัว หรือจะปลูกผักในระบบใหญ่กับบ่อเลี้ยงปลาขนาดใหญ่ ในรูปแบบเชิงการค้า

ซึ่งถือว่าเป็นระบบของการเลี้ยงสัตว์น้ำและการปลูกพืชเข้าด้วยกัน ซึ่งในปัจจุบันทำได้โดยการเลี้ยงปลาแบบน้ำไหลเวียนร่วมกับการปลูกพืชผักสมุนไพรด้วยระบบไฮโดรโปรนิกส์ ซึ่งเป็นการพัฒนาขั้นสูงของนักวิจัยและผู้ปลูกพืชผัก เพื่อให้เกิดต้นแบบการผลิตอาหารแบบยั่งยืนเพื่อเลี้ยงประชากรโลกในอนาคต ปัจจุบันอควาโปนิกส์ เปรียบเหมือนต้นแบบของการผลิตอาหารแบบยั่งยืน โดยยึดถือหลักการที่แน่นอน ดังนี้คือ 1. ผลิตภัณฑ์ของเสียของระบบชีววิทยาชนิดหนึ่ง สามารถผลิตสารอาหารให้ระบบชีววิทยาอีกชนิดหนึ่งได้อย่างเหมาะสม คือ ของเสียจากมูลของปลาสามารถนำมาเป็นปุ๋ยให้กับพืชได้ 2. การรวมการผลิตพืชและการเลี้ยงปลาเป็นผลของการผลิตแบบหลากหลาย (Polyculture) ซึ่งจะเพิ่มความหลากหลายและได้ผลผลิตแบบทวีคูณ เป็นระบบนิเวศแบบเกื้อกูลกัน 3. น้ำถูกกรองโดยผ่านการกรองทางชีววิธี และนำกลับมาใช้ซ้ำและ 4. เป็นการผลิตอาหารเพื่อสุขภาพปราศจากสารเคมีสามารถผลิตได้ทั่วไป ช่วยยกระดับเศรษฐกิจระดับท้องถิ่นได ข้อดี คือ 1. ลดการใช้น้ำ ลดน้ำเสีย ของการเลี้ยงปลา และปลูกผัก 2. ใช้เนื้อที่น้อย ให้อัตราผลผลิตต่อพื้นที่ดีกว่า เพราะพืชได้น้ำและสารอาหารตลอดเวลา เลี้ยงปลาได้หนาแน่น เพราะมีการบำบัดน้ำตลอดเวลา 3. สามารถปลูกใกล้แหล่งบริโภคได้ เช่น ถ้าทำระบบในครัวเรื่อน ทำให้ไม่ต้องซื้อ ไม่ต้องขับรถไปซื้อของสด ไม่ต้องแช่เย็น และกินได้อาหารสดกว่ามาก และ 4. ลดการใช้สารเคมี เนื่องจากพื้นที่น้อยการลงทำโรงเรือนเพื่อป้องกันโรคแมลงทำได้ง่ายกว่า

 

แนวคิดการประยุกต์ใช้

การประยุกต์ใช้ Internet of Things ในการจัดการการปลูกพืชโดยใช้เทคนิค Aquaponics (อควาโปนิกส์) ผ่านคอมพิวเตอร์ โทรศัพท์มือถือ หรือสมาร์ทโฟน โดยมีการเชื่อมต่อกับอินเตอร์เน็ต ในที่นี้สามารถเชื่อมต่อได้ทั้ง แบบ LAN และ WIFI เพื่อเพิ่มความสะดวกในการใช้งานและการเข้าถึงอุปกรณ์ต่างๆ ที่เราจำเป็นต้องสั่งการต่อไป ในการเชื่อมต่อนั้นจะผ่านระบบ IoT Could: Cayenne IoT ReadyTM ซึ่งเป็น Server ให้บริการจัดเก็บข้อมูล รวมถึงการดูแลและการสั่งการต่างๆ ภายในระบบอีกที ทั้งนี้ในการทำงานส่วนใหญ่จะมีศูนย์ควบคุมหลัก คือ Raspberry Pi เป็นบอร์ดคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่สามารถเชื่อมต่อกับจอมอนิเตอร์ คีย์บอร์ด และเมาส์ได้ สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการทำโครงงานทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ การเขียนโปรแกรม หรือเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะขนาดเล็ก ไม่ว่าจะเป็นการทำงาน Spreadsheet Word Processing ท่องอินเทอร์เน็ต ส่งอีเมล หรือเล่นเกมส์ อีกทั้งยังสามารถเล่นไฟล์วีดีโอความละเอียดสูง (High-Definition) ได้อีกด้วย บอร์ด Raspberry Pi รองรับระบบปฏิบัติการลินุกซ์ (Linux Operating System) ได้หลายระบบ เช่น Raspbian (Debian) Pidora (Fedora) และ Arch Linux เป็นต้น โดยติดตั้งบน SD Card บอร์ด Raspberry Pi นี้ถูกออกแบบมาให้มี CPU GPU และ RAM อยู่ภายในชิปเดียวกัน สามารถเขียนโปรแกรมเพื่อสั่งงานให้อุปกรณ์อีเล็กทรอนิกส์ทำงานได้ เช่น สั่งงานให้ Relay ทำงานตามเวลาที่กำหนด หรือ สั่ง ปิด-เปิด ปั้มน้ำ ตามเวลาที่ต้องการ เป็นต้น

ทั้งนี้ระบบ IoT Could: Cayenne Iot ReadyTM สามารถสร้างเงื่อนไข ให้การทำงานได้ พร้อมกับการแจ้งเตือนผ่านที่ SMS และ e-Mail ได้อีกด้วย เช่น การตั้งเวลาควบคุมการทำงาน โดยกำหนดให้ เวลา 06.00 น. สั่งการให้ปั้มทำงานเพื่อรดน้ำแปลงผัก เมื่อถึงเวลา 06.20 น. สั่งการให้ ปั้มน้ำหยุดทำงาน และกำหนดให้ส่งข้อความแจ้งเตือนว่าได้ปั้มน้ำเรียบร้อยแล้วผ่านทาง SMS และ e-Mail เป็นต้น นอกจากนั้น IoT Could: Cayenne IoT ReadyTM สมารถเก็บค่าการทำงานต่างๆ ของอุปกรณ์ และนำมาทำเป็นกราฟเพื่อสังเกตการเปลี่ยนแปลงได้อีกด้วย หรือเป็นการดูความผิดปกติในการทำงาน เช่น การสังเกตความชื้นของดินถ้าหากความชื้นต่ำ เราสามารถสร้างเงื่อนไขการทำงานได้โดยการสั่งการให้ปั้มทำงาน เมื่อดินมีความชื้นต่ำ ตามระดับที่เรากำหนดไว้ เป็นต้น

ในการทำงานของระบบ Aquaponics (อควาโปนิกส์) มีการใช้อุปกรณ์อีเล็กทรอนิกส์อยู่หลายจุด ซึ่งสามารถนำ IoT Could: Cayenne IoT ReadyTM + Raspberry Pi มาควบคุมการทำงาน เช่น การควบคุมการทำงานของปั้มน้ำ การให้อาหารปลา เป็นต้น สามารถสรุปกระบวนการได้ดังภาพที่ 3


บรรณานุกรม

บริษัท วีนัส ซัพพลาย จำกัด. (มปป.). Internet of Things. [ออนไลน์] ค้นหาเมื่อ วันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2559 จาก http://www.thaieasyelec.com/products/internet-of-things.html

บริษัท วีนัส ซัพพลาย จำกัด. (มปป.). บทความการพัฒนาโปรแกรมบน Raspberry Pi ด้วย QT วันที่ 28 ธันวาคม พ.ศ. 2559 จาก http://www.thaieasyelec.com/article-wiki/embedded- electronics-application/บทความการพัฒนาโปรแกรมบน-raspberry-pi-ด้วย-qt.html

พีพี ไฮโดร ฟาร์ม. (2554). Aquapoin System (ทางเลือกใหม่ในการปลูกผักและเลี้ยงปลาพร้อมๆกัน). [ออนไลน์] ค้นหาเมื่อ วันที่ 28 ธันวาคม พ.ศ. 2559 จาก http://pphydrofarm.blogspot.com/2011/08/aquaponic-system.html

วิชาการ.คอม. (2555). อควาโปนิกส์ (Aquapoin) เลี้ยงปลาในตู้ ควบคู่ปลูกผัก รักษ์ธรรมชาติ ปราศจากสารเคมี. [ออนไลน์] ค้นหาเมื่อ วันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2559 จาก http://www.vcharkarn.com/vcafe/195677

สุมิท แช่มประสิทธิ์. (2559). เกษตรกรไทยยุค THAILAND 4.0. [ออนไลน์] ค้นหาเมื่อ วันที่ 29 ธันวาคม พ.ศ. 2559 จาก http://www.qmlcorp.com/content/เกษตรกรไทยยุค-   thailand-4.0

สำนักวิชาการ, สำนักงานเลขาธิการสภาผู้แทนราษฎร. (2559). ประเทศไทย 4.0. สำนักงานเลขาธิการสภาผู้แทนราษฎร.

สมคิด จาตุศรีพิทักษ์. (2559). อนาคตเศรษฐกิจไทย 4.0. ปาฐกถาพิเศษ จัดโดยสภาหอการค้า-จีน เมื่อวันที่ 20 มิถุนายน พ.ศ. 2559 ณ อาคารสภาหอการค้าไทย.

อดิศักดิ์ เหล่าพิมพ์. (2559). อควาโปนิกส์ Aquaponics สมดุลธรรมชาติระหว่างพืชและปลา. [ออนไลน์] ค้นหาเมื่อ วันที่ 29 ธันวาคม พ.ศ. 2559 จาก http://www.organicfarmthailand.com/?p=1313

Advanced Research Group. (2559). Internet of Things (IoT). [ออนไลน์] ค้นหาเมื่อ วันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2559 จาก http://www.ar.co.th/kp/th/15

Cayenne. (2016). IoT Ready Program. ออนไลน์] ค้นหาเมื่อ วันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2559 จาก https://mydevices.com/for-hardware-manufacturers/iot-ready-program/

Sundresan P., Norita Md N., Valliappan R., (2015). Internet of Things (IoT) digital forensic investigation model: Top-down forensic approach methodology. Fifth International Conference on Digital Information Processing and Communications (ICDIPC).

โดย นายฐิติพงษ์ รักษาริกรณ์ นักศึกษาปริญญาโทสาขาวิศวกรรมข้อมูลขนาดใหญ่ (Big Data Engineering) วิทยาลัยนวัตกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยธุรกิจบัณฑิตย์