SMART ENVIRONMENTAL MONITORING AND AERATOR CONTROL SYSTEM BY SHARING ENERGY SOURCE IN AN AQUATIC ANIMAL POND

Abstract

This research aims to develop the environmental monitoring system and smart aerator controller that consumes energy from a load sharing power system. The study is divided into 5 parts; first part is studying and designing an environmental monitoring system such as irradiant monitoring, temperature monitoring and humidity monitoring as well as electrical consumption of aerator system. These acquired data is also delivered to the cloud server. Second part is studying and designing a power distribution system applies to smart aerator by using the utility grid system and the solar cell system working together. Third part is development of a dissolved oxygen monitoring on buoy and developing of a power distribution system by using load sharing technique between solar cell system and utility grid system to applied to smart aerator. Forth is the data recording and monitoring on cloud server system. The electrical data of the aerator and dissolved oxygen data are recorded and displayed on cloud server of Anto (Anto.io) and Thingspeak (Thingspeak.com). The last part is designing the smart aerator controller by using a level of dissolved oxygen (DO) from dissolved oxygen monitoring on buoy. The level of DO is used in deciding to switch on or off the aerator in animal pond. In addition, the economics of this system were also analyzed to evaluate the effectiveness of this system as well as economic analysis was evaluated. The results show that the dissolved oxygen monitoring on buoy could deliver the dissolved oxygen data to MCU to evaluate oxygen level in order to switch on or off the aerator by program setting. In this case, the user sets the level of dissolved oxygen at 3 mg/liter. This means that if the dissolved oxygen is lower than 3 mg/liter, the aerator will start automatically. Furthermore, both of electrical data and dissolved oxygen data could be real time recorded on the cloud server of anto and thingspeak. In the case of using the electrical energy from utility grid system with solar cell system for aerator system it was found that the energy saving in day time, whereby the owner sets the time of turning on or off the aerator by himself, the energy consumption could decrease 47.65% and payback period is 6.69 year. In the night time, the DO level is also decided to turn on or off the aerator it was found that the energy consumption could decrease 36.84% and payback period is 1.84 year.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาระบบตรวจวัดสภาพแวดล้อมและควบคุมเครื่องเติมอากาศอัจฉริยะ โดยใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายแบบแบ่งปันในบ่อเลี้ยงสัตว์น้ำ งานถูกแบ่งออกเป็น 5 ส่วน ได้แก่ ส่วนแรก การศึกษาและออกแบบระบบตรวจวัดสภาพแวดล้อม รวมถึงระบบตรวจวัดพลังงานไฟฟ้าสำหรับระบบเติมอากาศ พร้อมส่งข้อมูลค่าการตรวจวัดไปยังระบบ Cloud server ส่วนที่ 2 การศึกษาและออกแบบการจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับระบบเติมอากาศ โดยใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าพื้นฐานร่วมกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ส่วนที่ 3 การพัฒนาระบบตรวจวัดออกซิเจนแบบทุ่นลอยน้ำ และออกแบบเทคนิคการจ่ายพลังงานให้กับระบบตรวจวัดออกซิเจน โดยใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าพื้นฐานร่วมกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบแบ่งปัน ส่วนที่ 4 แสดงและบันทึกข้อมูลทางกายภาพผ่านระบบ Cloud server เช่น ข้อมูลตรวจวัดจากระบบควบคุมสำหรับเครื่องเติมอากาศ และข้อมูลระบบตรวจวัดออกซิเจน จะแสดงข้อมูลต่างๆ ผ่านระบบ Cloud server ของ Anto และข้อมูลจะบันทึกไว้ Thingspeak และส่วนสุดท้าย การออกแบบระบบควบคุมเครื่องเติมอากาศแบบอัจฉริยะ อาศัยค่าปริมาณออกซิเจนออกซิเจนละลายในน้ำจากระบบตรวจวัดออกซิเจนแบบทุ่นลอยน้ำ มาเป็นปัจจัยในการตัดสินใจเปิดหรือปิด ระบบเครื่องเติมอากาศในบ่อเลี้ยงปลา นอกจากนี้ยังได้มีการวิเคราะห์ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ในงานนี้ด้วย ผลการวิจัย พบว่า ระบบตรวจวัดออกซิเจนแบบทุ่นลอยน้ำสามารถส่งข้อมูลไปยังเครื่องเติมอากาศแบบอัจฉริยะ เพื่อสั่งการเปิดหรือปิดเครื่องเติมอากาศ ตามผู้ใช้งานกำหนดระดับออกซิเจนละลายในน้ำไว้ที่ 3 mg/L นอกจากนี้ข้อมูลสภาพแวดล้อม ข้อมูลพลังงานไฟฟ้า และข้อมูลปริมาณออกซิเจนละลายน้ำ สามารถแสดงข้อมูลการตรวจวัดผ่านระบบ Cloud server ของ Anto.io แบบ Real time และบันทึกข้อมูลบนฐานข้อมูลของ Thingspeak ในกรณีการใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าพื้นฐานร่วมกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบแบ่งปันในบ่อเลี้ยงปลา พบว่า ผลประหยัดทางพลังงานในช่วงเวลากลางวันที่ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าพื้นฐานร่วมกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ที่เจ้าของบ่อเป็นผู้กำหนดเปิดและปิดเครื่องเติมอากาศ สามารถลดการใช้พลังงานของระบบเติมอากาศลงได้เฉลี่ย 47.65% มีระยะเวลาคืนทุนอยู่ที่ 6.69 ปี และในช่วงเวลากลางคืนที่ใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าพื้นฐานร่วมกับระบบควบคุมเครื่องเติมอากาศ อาศัยระบบควบคุมเครื่องเติมอากาศเข้ามาจัดการ มีการใช้พลังงานไฟฟ้าพื้นฐานและไฟฟ้าพื้นฐานร่วมกับระบบควบคุมเครื่องเติมอากาศ สามารถประหยัดพลังงานของระบบเติมอากาศได้เฉลี่ย 36.84% มีระยะเวลาคืนทุนอยู่ที่ 1.84 ปี