สร้างระบบ Smart Home ด้วย ESP32, MQTT และ Node-RED

แนะนำ

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) เป็นโปรโตคอลการสื่อสารแบบ Publish/Subscribe ที่เบาเพียงและเหมาะสำหรับอุปกรณ์ IoT ที่มีทรัพยากรจำกัด เมื่อรวมกับ Node-RED ซึ่งเป็นเครื่องมือสร้าง Flow แบบ Visual Programming คุณจะสามารถสร้างระบบ Smart Home ที่ยืดหยุ่นและทรงพลังได้อย่างง่ายดาย

ในบทความนี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีการเชื่อมต่อ ESP32 เข้ากับ MQTT Broker ส่งข้อมูลเซ็นเซอร์และควบคุม Relay ผ่าน Node-RED Dashboard พร้อมตัวอย่างโค้ดและการตั้งค่าที่สมบูรณ์

ข้อกำหนดเบื้องต้น

Hardware ที่ต้องใช้

• ESP32 Development Board (ตัวไหนก็ได้)
• Relay Module 1-4 ช่อง
• DHT22 Temperature & Humidity Sensor (หรือ DHT11)
• Jumper Wires (สายไฟเชื่อมต่อ)
• Breadboard (ไม่บังคับ)
• LED และ Resistor 330Ω (สำหรับทดสอบ)

Software ที่ต้องใช้

• Arduino IDE หรือ PlatformIO
• MQTT Broker (แนะนำ Mosquitto หรือ HiveMQ Cloud)
• Node-RED (ติดตั้งบน Raspberry Pi หรือ Docker)
• Library: PubSubClient สำหรับ Arduino
• Library: DHT สำหรับอ่านค่าเซ็นเซอร์

พื้นฐาน MQTT ที่ควรรู้

MQTT ทำงานด้วยรูปแบบ Publish/Subscribe ซึ่งแตกต่างจาก HTTP Request/Response ทั่วไป:

Topic Structure แนะนำ

home/livingroom/temperature
home/livingroom/humidity
home/livingroom/relay1
home/livingroom/relay2

การต่อวงจร Hardware

การต่อ DHT22 Sensor

การต่อ Relay Module

โค้ด ESP32 สำหรับ MQTT

นี่คือโค้ดสมบูรณ์สำหรับ ESP32 ที่เชื่อมต่อ MQTT อ่านค่า DHT22 และควบคุม Relay:

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <DHT.h>

// WiFi Credentials
const char* ssid = "YOUR_WIFI_SSID";
const char* password = "YOUR_WIFI_PASSWORD";

// MQTT Configuration
const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";  // หรือ IP ของ MQTT Broker ของคุณ
const int mqtt_port = 1883;

// Topics
const char* temp_topic = "home/livingroom/temperature";
const char* hum_topic = "home/livingroom/humidity";
const char* relay1_topic = "home/livingroom/relay1";
const char* relay2_topic = "home/livingroom/relay2";

// Pin Definitions
#define DHTPIN 4
#define DHTTYPE DHT22
#define RELAY1_PIN 12
#define RELAY2_PIN 14

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);

// ตัวแปรสำหรับเก็บค่าเซ็นเซอร์
float lastTemp = 0;
float lastHum = 0;
unsigned long lastSensorTime = 0;
const long sensorInterval = 5000;  // อ่านค่าทุก 5 วินาที

// เชื่อมต่อ WiFi
void setup_wifi() {
  delay(10);
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

  WiFi.begin(ssid, password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

// Callback เมื่อได้รับ MQTT message
void callback(char* topic, byte* message, unsigned int length) {
  Serial.print("Message arrived [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("]: ");
  
  String messageTemp;
  
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    messageTemp += (char)message[i];
  }
  Serial.println(messageTemp);

  // ควบคุม Relay 1
  if (String(topic) == relay1_topic) {
    if (messageTemp == "ON") {
      digitalWrite(RELAY1_PIN, HIGH);
      Serial.println("Relay 1 turned ON");
    } else if (messageTemp == "OFF") {
      digitalWrite(RELAY1_PIN, LOW);
      Serial.println("Relay 1 turned OFF");
    }
  }
  
  // ควบคุม Relay 2
  if (String(topic) == relay2_topic) {
    if (messageTemp == "ON") {
      digitalWrite(RELAY2_PIN, HIGH);
      Serial.println("Relay 2 turned ON");
    } else if (messageTemp == "OFF") {
      digitalWrite(RELAY2_PIN, LOW);
      Serial.println("Relay 2 turned OFF");
    }
  }
}

// เชื่อมต่อ MQTT Broker ใหม่
void reconnect() {
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("Attempting MQTT connection...");
    
    // สร้าง Client ID แบบสุ่ม
    String clientId = "ESP32Client-";
    clientId += String(random(0xffff), HEX);
    
    if (client.connect(clientId.c_str())) {
      Serial.println("connected");
      
      // Subscribe หัวข้อที่ต้องการรับ
      client.subscribe(relay1_topic);
      client.subscribe(relay2_topic);
    } else {
      Serial.print("failed, rc=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println(" try again in 5 seconds");
      delay(5000);
    }
  }
}

// อ่านค่าเซ็นเซอร์และส่งข้อมูล
void readAndSendSensorData() {
  unsigned long currentTime = millis();
  
  if (currentTime - lastSensorTime >= sensorInterval) {
    lastSensorTime = currentTime;
    
    // อ่านค่าอุณหภูมิและความชื้น
    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();
    
    // ตรวจสอบว่าอ่านค่าได้หรือไม่
    if (isnan(h) || isnan(t)) {
      Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
      return;
    }
    
    // แปลงค่าเป็น String
    char tempStr[8];
    char humStr[8];
    dtostrf(t, 2, 2, tempStr);
    dtostrf(h, 2, 2, humStr);
    
    // ส่งข้อมูลไปยัง MQTT
    client.publish(temp_topic, tempStr);
    client.publish(hum_topic, humStr);
    
    Serial.print("Temperature: ");
    Serial.print(t);
    Serial.print("°C, Humidity: ");
    Serial.print(h);
    Serial.println("%");
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  // ตั้งค่า Pin
  pinMode(RELAY1_PIN, OUTPUT);
  pinMode(RELAY2_PIN, OUTPUT);
  
  // ปิด Relay เริ่มต้น
  digitalWrite(RELAY1_PIN, LOW);
  digitalWrite(RELAY2_PIN, LOW);
  
  // เริ่มต้นเซ็นเซอร์
  dht.begin();
  
  // เชื่อมต่อ WiFi
  setup_wifi();
  
  // ตั้งค่า MQTT
  client.setServer(mqtt_server, mqtt_port);
  client.setCallback(callback);
}

void loop() {
  // ตรวจสอบการเชื่อมต่อ MQTT
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();
  
  // อ่านและส่งข้อมูลเซ็นเซอร์
  readAndSendSensorData();
}

การติดตั้งและตั้งค่า Node-RED

ติดตั้ง Node-RED บน Raspberry Pi

# อัปเดตระบบ
sudo apt update && sudo apt upgrade -y

# ติดตั้ง Node.js
curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_18.x | sudo -E bash -
sudo apt install -y nodejs

# ติดตั้ง Node-RED
sudo npm install -g --unsafe-perm node-red

# ติดตั้ง Node-RED เพื่อเริ่มต้นอัตโนมัติ
sudo systemctl enable nodered.service
sudo systemctl start nodered.service

# ตรวจสอบสถานะ
sudo systemctl status nodered.service

หลังจากติดตั้งเสร็จ เข้าถึง Node-RED ผ่าน http://<IP_ADDRESS>:1880

ติดตั้ง Node-RED Dashboard

# เข้าไปที่ directory ของ Node-RED
cd ~/.node-red

# ติดตั้ง Dashboard
npm install node-red-dashboard

# รีสตาร์ท Node-RED
sudo systemctl restart nodered.service

สร้าง Flow ใน Node-RED

ส่วนที่ 1: รับข้อมูลจาก ESP32

1. ลาก MQTT In node มาวาง
2. ดับเบิลคลิกและตั้งค่า:
   • Connection: เพิ่มการเชื่อมต่อ MQTT Broker ใหม่
   • Topic: home/livingroom/temperature
   • Output: String
3. ลาก Gauge node จาก Dashboard มาวาง
4. ตั้งค่า Gauge สำหรับแสดงผลอุณหภูมิ
5. เชื่อมต่อ MQTT In → Gauge

ส่วนที่ 2: ควบคุม Relay

1. ลาก Switch node จาก Dashboard มาวาง
2. ตั้งค่า:
   • Name: Relay 1
   • Topic: home/livingroom/relay1
   • Output: "ON" / "OFF"
3. ลาก MQTT Out node มาวาง
4. ตั้งค่า Topic เป็น home/livingroom/relay1
5. เชื่อมต่อ Switch → MQTT Out

ส่วนที่ 3: แสดงผลใน Dashboard

1. คลิกที่ไอคอน Dashboard ด้านขวาบน
2. สร้าง Tab ใหม่ชื่อ "Living Room"
3. สร้าง Group และลาก Widget ต่างๆ มาจัดวาง:
   • Gauge สำหรับ Temperature
   • Gauge สำหรับ Humidity
   • Switch สำหรับ Relay 1
   • Switch สำหรับ Relay 2
   • Chart สำหรับแสดงกราฟย้อนหลัง

การทดสอบระบบ

ตรวจสอบการเชื่อมต่อ MQTT

1. อัปโหลดโค้ดไปยัง ESP32
2. เปิด Serial Monitor (115200 baud)
3. ตรวจสอบว่า ESP32 เชื่อมต่อ WiFi และ MQTT สำเร็จหรือไม่
4. ดูใน Serial Monitor ว่ามีข้อความ "Temperature: XX°C, Humidity: XX%" แสดงหรือไม่

ทดสอบใน Node-RED

1. ไปที่ http://<RASPBERRY_PI_IP>:1880/ui
2. ดูว่ามีค่าอุณหภูมิและความชื้นแสดงผลหรือไม่
3. กดปุ่ม Switch เพื่อควบคุม Relay
4. ฟังเสียง "คลิก" จาก Relay และดู Serial Monitor

เทคนิคขั้นสูง

1. บันทึกข้อมูลลง Database

ใช้ InfluxDB หรือ SQLite เพื่อบันทึกข้อมูลเซ็นเซอร์ย้อนหลัง:

# ติดตั้ง InfluxDB
sudo apt install influxdb influxdb-client

# ติดตั้ง node-red-contrib-influxdb ใน Node-RED
cd ~/.node-red
npm install node-red-contrib-influxdb

2. รับการแจ้งเตือนด้วย Telegram

ส่งการแจ้งเตือนเมื่ออุณหภูมิสูงเกินกำหนด:

• สร้าง Telegram Bot ผ่าน @BotFather
• ติดตั้ง node-red-contrib-telegrambot
• สร้าง Flow: MQTT In → Function (ตรวจสอบค่า) → Telegram Out

3. ควบคุมด้วย Voice Command

ใช้ Google Assistant หรือ Alexa ผ่าน IFTTT หรือ Home Assistant เพื่อควบคุม Relay ด้วยเสียง

การแก้ปัญหา

สรุป

ในบทความนี้ คุณได้เรียนรู้วิธีสร้างระบบ Smart Home ขั้นพื้นฐานด้วย ESP32, MQTT และ Node-RED ตั้งแต่การต่อวงจร เขียนโค้ด ติดตั้ง Node-RED ไปจนถึงการสร้าง Dashboard คุณสามารถขยายระบบนี้ได้โดยการเพิ่มเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ, บันทึกข้อมูลลง Database, หรือเชื่อมต่อกับระบบ Automation อื่นๆ

บทความที่เกี่ยวข้อง

• สอนใช้งาน ESP32 กับ MQTT
• ใช้งานเซ็นเซอร์ DHT22 กับ ESP32
• ใช้งาน ESP32 Deep Sleep สำหรับโปรเจกต์พลังงานแบตเตอรี่
• บูรณาการ ESP32 เข้ากับ Home Assistant