IOT 101

เมื่อสิ่งของรอบตัวพูดคุยกันได้!

สวัสดีครับน้องๆ ทุกคน! ยินดีต้อนรับเข้าสู่การผจญภัยในโลกเทคโนโลยีสุดล้ำไปกับพี่พิกเซลนะครับ ก่อนที่เราจะไปลงมือต่อวงจรหรือเขียนโปรแกรมกัน พี่อยากชวนน้องๆ มาลองจินตนาการอะไรสนุกๆ กันก่อน

ลองนึกภาพดูนะครับว่า ถ้าจู่ๆ สิ่งของรอบตัวเรา ไม่ว่าจะเป็นโคมไฟตั้งโต๊ะ รองเท้าผ้าใบ หรือแม้แต่แปรงสีฟัน สามารถ "พูด" ได้ และไม่ใช่แค่พูดบ่นพึมพำกับตัวเองนะ แต่พวกมันสามารถ "คุย" กับสิ่งของชิ้นอื่นๆ ได้ด้วย!

เช่น ตอนเช้าที่น้องๆ เพิ่งตื่นนอน นาฬิกาปลุกอาจจะส่งข้อความไปบอกเครื่องปิ้งขนมปังว่า "เฮ้! เจ้านายตื่นแล้วนะ เตรียมปิ้งขนมปังให้ร้อนๆ ได้เลย" พอเครื่องปิ้งขนมปังทำงานเสร็จ ก็ส่งสัญญาณไปบอกกาน้ำร้อนว่า "ขนมปังเสร็จแล้ว เตรียมชงโกโก้อุ่นๆ รอไว้ได้เลย!"

ฟังดูเหมือนเรื่องในนิทานหรือหนังไซไฟใช่ไหมครับ? แต่เชื่อไหมว่า เรื่องแบบนี้เกิดขึ้นจริงแล้วในโลกของเรา และเราเรียกความมหัศจรรย์นี้ว่า IoT ครับ!

IoT คืออะไรกันนะ?

คำว่า IoT ย่อมาจาก Internet of Things (อินเทอร์เน็ต ออฟ ธิงส์) ถ้าแปลเป็นภาษาไทยง่ายๆ ก็คือ "อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง" ครับ คำว่า "สรรพสิ่ง" ในที่นี้ก็คือ "สิ่งของทุกอย่าง" รอบตัวเรานั่นเอง

ถ้าจะให้อธิบายให้เห็นภาพชัดขึ้น พี่พิกเซลอยากให้น้องๆ ลองนึกถึง "สิ่งของธรรมดา" กับ "สิ่งของ IoT" เปรียบเทียบกันแบบนี้ครับ

ลองนึกถึง "พัดลม"…

บอร์ดสมองกลคืออะไร? สมองจิ๋วสุดอัศจรรย์

เอาล่ะครับน้องๆ ตอนนี้ถึงเวลาที่ทุกคนรอคอยแล้ว! ลองหยิบแผ่นวงจรเล็กๆ ที่อยู่ในกล่องอุปกรณ์ขึ้นมาดูสิครับ เห็นไหมครับว่ามันเป็นแผ่นสีเขียวหรือสีน้ำเงินที่มีชิ้นส่วนเล็กๆ เต็มไปหมดเลย บางชิ้นก็เป็นสี่เหลี่ยมสีดำ บางชิ้นก็เป็นขาทองแดงยิบย่อย ดูแล้วเหมือนเมืองจิ๋วในหนังไซไฟเลยใช่ไหมครับ?

เจ้าแผ่นวงจรนี้แหละครับที่เราเรียกว่า บอร์ดสมองกล (Microcontroller Board) ซึ่งจะเป็นพระเอกตัวจริงของหนังสือเล่มนี้ และเป็นหัวใจสำคัญที่ทำให้โปรเจกต์ IoT ของน้องๆ ทำงานได้จริงครับ

บอร์ดสมองกลคืออะไรกันแน่?

ถ้าจะให้อธิบายง่ายๆ น้องๆ ลองจินตนาการถึงร่างกายของคนเราดูครับ ร่างกายเรามีส่วนประกอบมากมาย ทั้งแขน ขา ตา หู และจมูก แต่สิ่งที่ทำให้เราสามารถเดินได้ พูดได้ หรือหยิบขนมเข้าปากได้ ก็คือ "สมอง" ที่อยู่ในหัวของเรานั่นเองครับ

สมองทำหน้าที่เป็น "ศูนย์กลางการสั่งการ" เมื่อตาของเราเห็นว่ามีขนมวางอยู่ (รับข้อมูล) สมองจะประมวลผลว่า "ว้าว ขนมน่ากินจัง!" (คิดและตัดสินใจ) จากนั้นสมองก็จะส่งสัญญาณสั่งให้แขนยืดออกไปหยิบขนมชิ้นนั้น (สั่งการ)

บอร์ดสมองกลก็ทำหน้าที่แบบเดียวกันเป๊ะเลยครับ! มันคือสมองจิ๋วที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อให้เราสามารถ "เขียนคำสั่ง" ลงไปได้ เพื่อให้มันคอยควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ แทนเรา

ข้อมูลจากโลกภายนอก → บอร์ดสมองกล (ประมวลผล) →…

เปิดโลกบล็อกคำสั่ง: ตัวต่อเลโก้ในคอมพิวเตอร์

ยินดีต้อนรับน้องๆ เข้าสู่ช่วงเวลาที่ตื่นเต้นที่สุดครับ! หลังจากที่เราได้ทำความรู้จักกับร่างกายของบอร์ดสมองกลและรู้วิธีป้อนพลังงานให้มันอย่างปลอดภัยในบทที่แล้ว ตอนนี้ถึงเวลาที่เราจะมาเรียนรู้วิธี "คุย" กับบอร์ดสมองกลกันแล้วครับ

น้องๆ สงสัยไหมครับว่า เราจะบอกให้บอร์ดสมองกลทำงานตามที่เราต้องการได้อย่างไร? บอร์ดสมองกลไม่ได้เข้าใจภาษาไทยหรือภาษาอังกฤษเหมือนกับเรา แต่มันเข้าใจ "ภาษาคอมพิวเตอร์" ซึ่งถ้าเป็นสมัยก่อน การเขียนโปรแกรมจะต้องพิมพ์ตัวอักษรภาษาอังกฤษยาวๆ ที่ดูยุ่งเหยิงและน่าปวดหัวมาก ถ้าพิมพ์ผิดแม้แต่ตัวเดียวหรือลืมใส่เครื่องหมายจุดเพียงจุดเดียว โปรแกรมก็จะไม่ทำงานทันที ซึ่งอาจจะทำให้เด็กๆ อย่างเราท้อใจได้

แต่โชคดีมากครับที่ตอนนี้เรามีสิ่งที่เรียกว่า บล็อกคำสั่ง (Block-based Programming) ซึ่งจะเปลี่ยนการเขียนโปรแกรมที่แสนน่าเบื่อ ให้กลายเป็นเรื่องสนุกเหมือนกับการเล่นตัวต่อเลโก้เลยครับ!

บล็อกคำสั่งคืออะไรกันนะ?

ลองจินตนาการว่าน้องๆ กำลังต่อเลโก้เพื่อสร้างปราสาทครับ น้องๆ ไม่ต้องหลอมพลาสติกเอง ไม่ต้องผสมสีเอง แต่มีชิ้นส่วนสำเร็จรูปที่มีรูปร่างและสีสันต่างๆ เตรียมไว้ให้แล้ว น้องๆ แค่เลือกชิ้นส่วนที่ต้องการ แล้วนำมา "ต่อเข้าด้วยกัน" ให้เป็นรูปทรงที่ต้องการ

การเขียนโปรแกรมด้วยบล็อกคำสั่งก็เหมือนกันเลยครับ!…

เซนเซอร์คืออะไร? ประสาทสัมผัสทั้งห้าของหุ่นยนต์

จำได้ไหมครับว่าในบทที่ผ่านมา เราเพิ่งจะสอนให้บอร์ดสมองกลรู้จักการ "คิด" และ "ตัดสินใจ" ผ่านบล็อกเงื่อนไข ถ้า...แล้ว... ซึ่งมันยอดเยี่ยมมากเลยใช่ไหมครับ แต่มีสิ่งหนึ่งที่น้องๆ สังเกตเห็นหรือเปล่าว่า ตอนนี้บอร์ดสมองกลของเราเหมือนคนที่ "หลับตา" อยู่ในห้องมืดๆ แม้จะคิดเก่งแค่ไหน แต่ถ้าบอร์ดไม่รู้ว่าตอนนี้รอบตัวเกิดอะไรขึ้น บอร์ดก็ไม่สามารถตัดสินใจเรื่องที่สำคัญได้เลย

ลองจินตนาการดูนะครับ ถ้าพี่สั่งน้องมะลิว่า "ถ้าฝนตก ให้กางร่มนะ" แต่น้องมะลิถูกปิดตาและปิดหูจนไม่รู้เลยว่าข้างนอกฝนตกหรือเปล่า น้องมะลิก็จะไม่สามารถกางร่มได้ถูกต้องใช่ไหมครับ? บอร์ดสมองกลของเราก็เป็นแบบนั้นเลยครับ มันต้องการ "เครื่องมือ" ที่จะช่วยบอกมันว่า ตอนนี้สว่างหรือมืด? อากาศร้อนหรือเย็น? หรือมีอะไรเดินเข้ามาใกล้ๆ หรือเปล่า?

เครื่องมือมหัศจรรย์เหล่านั้นแหละครับ ที่เราเรียกกันว่า "เซนเซอร์" (Sensor)

เซนเซอร์คืออะไรกันนะ?

ถ้าจะให้อธิบายง่ายๆ เซนเซอร์ก็คือ "อุปกรณ์รับข้อมูลจากสภาพแวดล้อม" ครับ แต่น้องๆ อาจจะรู้สึกว่าคำนี้ฟังดูเป็นวิชาการจังเลย ให้ลองเปลี่ยนมาคิดแบบนี้ครับ เซนเซอร์เปรียบเหมือน "ประสาทสัมผัส" ของหุ่นยนต์นั่นเอง

ลองนึกถึงตัวเราเองดูครับ มนุษย์เรามีประสาทสัมผัสที่ยอดเยี่ยมมาก ซึ่งช่วยให้เราใช้ชีวิตได้อย่างปลอดภัยและสนุกสนาน เรามีตาไว้มองเห็น…

แอ็กทูเอเตอร์คืออะไร? แขน ขา และเสียงของหุ่นยนต์

หลังจากที่เราได้เรียนรู้วิธีการใช้ "เซนเซอร์" เพื่อให้บอร์ดสมองกลของเราสามารถรับรู้สิ่งต่างๆ รอบตัวได้เหมือนมีตา มีหู และมีผิวหนังในบทที่แล้ว น้องๆ จะสังเกตเห็นว่า บอร์ดของเราเก่งมากเลยใช่ไหมครับ? มันสามารถบอกเราได้ว่าตอนนี้ห้องมืดหรือสว่าง หรือบอกได้ว่ามีอะไรบางอย่างขยับเข้ามาใกล้ๆ

แต่ลองจินตนาการดูนะครับ ถ้าเรามีข้อมูลเหล่านี้อยู่ในหัว แต่เราไม่สามารถขยับตัวได้ ไม่สามารถพูดได้ หรือไม่สามารถทำอะไรเพื่อตอบโต้ได้เลย มันคงจะน่าเสียดายแย่เลยใช่ไหมครับ? เหมือนกับเวลาที่น้องมะลิเห็นไอศกรีมรสโปรดวางอยู่บนโต๊ะ (เซนเซอร์ตาทำงาน!) แต่ถ้าแขนของน้องมะลิขยับไม่ได้ น้องมะลิก็ไม่สามารถหยิบไอศกรีมนั้นมากินได้นั่นเองครับ

นี่คือเหตุผลที่วันนี้พี่จะพาน้องๆ ไปรู้จักกับสิ่งที่เรียกว่า "แอ็กทูเอเตอร์" ซึ่งจะเปลี่ยนให้บอร์ดสมองกลของเราจากที่ "แค่รับรู้" กลายเป็น "ลงมือทำ" ได้จริงๆ ครับ!

แอ็กทูเอเตอร์คืออะไรกันนะ?

ถ้าเซนเซอร์คือ "ประสาทสัมผัส" แอ็กทูเอเตอร์ (Actuator) ก็คือ "ส่วนที่ใช้ลงมือทำ" ครับ หากจะพูดให้เข้าใจง่ายที่สุด แอ็กทูเอเตอร์ก็คืออุปกรณ์ที่เปลี่ยน "คำสั่งไฟฟ้า" จากบอร์ดสมองกล ให้กลายเป็นการ "เคลื่อนไหว" หรือ "การแสดงผล" ที่เรามองเห็นหรือได้ยินได้นั่นเอง

ลองเปรียบเทียบร่างกายของมนุษย์เรากับระบบ IoT ดูนะครับ…

ความปลอดภัยต้องมาก่อน! กฎเหล็กนักทดลองจิ๋ว

ก่อนที่เราจะเริ่มแปลงร่างเป็นนักประดิษฐ์ตัวน้อย ลงมือเสียบสายไฟและต่อวงจรให้ไฟสว่างวาบเหมือนในหนังไซไฟ พี่มีเรื่องสำคัญที่สุดในโลกที่อยากจะบอกน้องๆ ก่อนครับ นั่นก็คือเรื่องของ "ความปลอดภัย" นั่นเอง!

น้องๆ อาจจะสงสัยว่า "พี่ครับ/พี่คะ บอร์ดสมองกลของเราตัวนิดเดียว แถมใช้ไฟจากสาย USB เหมือนชาร์จมือถือเลย จะมีอะไรน่ากลัวเหรอ?" จริงอยู่ที่ไฟฟ้าที่ใช้ในโปรเจกต์ IoT ของเราเป็นไฟฟ้าแรงดันต่ำ ซึ่งไม่ทำให้เราโดนไฟช็อตจนกระเด็นเหมือนไฟบ้าน แต่ถ้าเราใช้งานไม่ระวัง สิ่งที่จะเกิดขึ้นไม่ใช่ความอันตรายต่อตัวเราเพียงอย่างเดียว แต่คือ "อุปกรณ์ของเราอาจจะพัง" ได้ครับ และถ้าบอร์ดสมองกลพังขึ้นมา เราก็จะไม่มีสมองสั่งการให้หุ่นยนต์ทำงานได้ ซึ่งน่าเสียดายมากๆ เลยใช่ไหมล่ะครับ

เพื่อให้การทดลองของน้องมะลิ น้องไทเกอร์ และน้องๆ ทุกคนเป็นไปอย่างสนุกสนานและปลอดภัย พี่พิกเซลได้เตรียม "กฎเหล็กนักทดลองจิ๋ว" มาให้พวกเราปฏิบัติตามกันครับ

กฎข้อที่ 1: มือต้องแห้งสนิท ห้ามเปียกน้ำเด็ดขาด

ลองจินตนาการว่าไฟฟ้าเปรียบเหมือน "น้ำที่ไหลอยู่ในท่อ" ครับ โดยที่สายไฟคือท่อนั้น และกระแสไฟฟ้าคือน้ำที่กำลังวิ่งไปหาอุปกรณ์ต่างๆ แต่สิ่งที่น่าตกใจคือ "น้ำ" (น้ำจริงๆ ที่เราล้างมือ) เป็นตัวนำไฟฟ้าชั้นดีเลยล่ะครับ ถ้ามือของน้องๆ เปียกน้ำ แล้วไปสัมผัสกับส่วนที่เป็นโลหะของวงจร…

Wi-Fi คืออะไร? สะพานล่องหนเชื่อมต่อโลกกว้าง

เย้! ในที่สุดเราก็เดินทางมาถึงจุดที่ตื่นเต้นที่สุดจุดหนึ่งของเล่มนี้แล้วครับน้องๆ ที่ผ่านมาเราได้ลองเล่นกับบอร์ดสมองกล สั่งให้ไฟกระพริบ ใช้เซนเซอร์รับความรู้สึก และใช้แอ็กทูเอเตอร์ขยับเขยื้อนร่างกายเหมือนหุ่นยนต์ตัวจิ๋ว แต่สังเกตไหมครับว่าที่ผ่านมา บอร์ดสมองกลของเราเหมือนเด็กเก่งที่นั่งอ่านหนังสืออยู่ในห้องเงียบๆ คนเดียว คือเก่งมาก ทำงานได้ถูกต้องตามคำสั่ง แต่เขายังไม่สามารถบอกใครได้ว่าตอนนี้เกิดอะไรขึ้น หรือไม่สามารถรับคำสั่งจากที่ไกลๆ ได้เลย

ลองจินตนาการดูนะครับว่า ถ้าเราอยากให้บอร์ดสมองกลส่งข้อความมาบอกเราที่โรงเรียนว่า "ตอนนี้ที่บ้านมีคนแอบเปิดตู้เย็นนะ!" หรือเราอยากจะสั่งเปิดไฟในห้องนอนจากหน้าจอแท็บเล็ตในขณะที่เรายังนั่งรถกลับบ้านอยู่ เราจะทำได้อย่างไร? คำตอบคือเราต้องสร้าง "เส้นทาง" ให้ข้อมูลเดินทางไปมาได้นั่นเองครับ และเส้นทางที่มหัศจรรย์ที่สุดในยุคนี้ก็คือสิ่งที่น้องๆ คุ้นเคยกันดีอยู่แล้ว นั่นก็คือ Wi-Fi นั่นเอง!

Wi-Fi คืออะไรกันแน่?

ถ้าจะให้อธิบายแบบวิชาการ Wi-Fi คือคลื่นวิทยุความถี่สูงที่ใช้ส่งข้อมูลดิจิทัล แต่ฟังดูน่าปวดหัวใช่ไหมครับ? งั้นพี่ขอชวนน้องๆ มาลองจินตนาการภาพตามพี่แบบนี้ดีกว่าครับ

ลองนึกภาพว่า บอร์ดสมองกลของเราเป็นเกาะเล็กๆ เกาะหนึ่งที่ตั้งอยู่กลางทะเล…