คู่มือประกอบชุดทดลองสาธิตของ IPST-MicroBOX

IPST

MicroBOX

PROJECT 01 ¡ÒÃÊ×èÍÊÒâŒÍÁÙÅ͹ءÃÁ

องคความรู การสื่อสารแบบอนุกรม การสือสารแบบอนุ ่ กรมนั้นจะแบงออกไดเปน 2 แบบคือการสือสารอนุ ่ กรมแบบซิงโครนัสและการสื่อ สารอนุกรมแบบอะซิงโครนัส การสื่อสารแบบซิงโครนัสจะมีสัญญาณนาฬิการวมอยูกับการรับและสง สัญญาณดวย ตัวอยางการสงขอมูลแบบซิงโครนัสก็คือคียบอรดของคอมพิวเตอร ซึงสายเส ่ นหนึงจะเป ่ น สายของสัญญาณนาฬิกา สวนสายอีกเสนจะเปนสายของขอมูล ดังนั้นการติดตอกันแบบซิงโครนัสนี้จะ ตองใชสายในการเชือมต ่ ออยางนอยที่สุด 3 เสนคือ สัญญาณนาฬิกา,ขอมูลและกราวด สําหรับการสือ่ สารทิศทางเดียว และ 4 เสนถามีการสือสารสองทิ ่ ศทาง

การสื่อสารขอมูลแบบอะซิงโครนัส

การสื่ อสารข อมู ลแบบอะซิ งโครนั สคื อการรั บและส งขอมูลไปในสายโดยไมจําเปนตองมี สัญญาณนาฬิการวมดวยเหมือนกับการรับสงขอมูลแบบซิงโครนัส แตจะใชการกําหนดคาสัญญาณ นาฬิกาทังภาครั ้ บและภาคสงใหมีคาเทากัน ซึงเรี ่ ยกสัญญาณนาฬิกาทีใช ่ ในการกําหนดคาใหภาครับและ ภาคสงนี้วาบอดเรต (Baudrate) รูปแบบของขอมูลที่ใชในการรับสงแบบอะซิงโครนัสประกอบดวย 4 สวนดวยกันคือ ¾ บิตเริ่มตน (Start Bit) ซึ่งจะมีขนาด 1 บิต ¾ บิตขอมูลแบบอนุกรมจะมีขนาด 5,6,7 หรือ 8 บิต ¾ บิตตรวจสอบพาริตี้ (Parity Bit) จะมีขนาด 1 บิตหรือไมมี ¾ บิตปดทาย (Stop Bit) จะมีขนาด 1,1.5 หรือ 2 บิต

รูปแสดงสัญญาณในรูปแบบการสื่อสารอนุกรมแบบอะซิงโครนัส

IPST

MicroBOX

ประโยชนที่ไดรับจากการสื่อสารอนุกรมระหวางไมโครคอนโทรลเลอร ไมโครคอนโทรลเลอรเปนอุปกรณควบคุมขนาดเล็กและไมจําเปนตองทํางานทุก ๆ งานจบภายใน ตัวมันเอง สามารถใชไมโครคอนโทรลเลอรหลาย ๆ ตัวแยกหนาที่กันทํางาน แลวใชการสื่อสารอนุกรมเปน ตัวสือสารระหว ่ างไมโครคอนโทรลเลอร ซึ่งทําใหไมโครคอนโทรลเลอรขนาดเล็ก สามารถรวมกันทํางานที่ มีขนาดใหญและซับซอนได

บล็อกไดอะแกรมการสือสารระหว ่ างไมโครคอนโทรลเลอร 2 ตัว

ขั้นตอนการทดสอบการรับสงขอมูลระหวางไมโครคอนโทรลเลอร 1. เลื่อนโวลุมแบบสไลด  จนกระทั่ง หนาจอ LCD แสดงขอความ IPST PROJECT 01 ON-OFF RELAY

2. กดสวิตช “ยืนยัน/ออกจากเมนู” เพื่อเริ่มตนการทํางาน 3. จะไดยินเสียงรีเลยทํางานและหลอดไฟซึ่งตอไวกับรีเลยติดสวางไลลําดับกันไปจากซายไปขวา 4. กดสวิตช “ยืนยัน/ออกจากเมนู” อีกครั้งเพื่อหยุดการทํางาน

1

2

3

IPST

MicroBOX

การเชือมต ่ อกับบอรดจริงกับบอรด IPST

การเชื่อมตอเพื่อใชงานตามวัตถุประสงคของการ PROJECT 01

IPST

MicroBOX

ขั้นตอนการทํางานของบอรด IPST จากการทดลอง ผูใช  งานจะเห็นเพียงการเริมต ่ นโปรแกรมแลว รีเลยทํางานไลลําดับกันไปทีละตัว แตสําหรับการทํางานภายในนันประกอบด ้ วยขันตอนต ้ าง ๆ ดังนี้ 1. บอรด IPST ตัวแมรอรับการกดคียเพื่อเขาสูเมนู  การ ON-OFF รีเลย 2. เมื่อเขาสูเมนู  แลว บอรด IPST ตัวแมจะสงคําสังออกไปเพื ่ ่อแจงกับบอรด IPST ตัวลูกวาตองการสง ขอมูลออกไปยังรีเลย 3. บอรด IPST ตัวลูกจะรอรับคาตอไปวาตองการสงคาเปด/ปดไปยังรีเลยตัวใด 4. เมื่อไดรับขอมูลระบุตัวรีเลยที่ตองการแลว บอรด IPST ตัวลูกจะนําคาตําแหนงรีเลยที่ไดปอนใหกับ บอรดขับรีเลยในตําแหนงที่ตองการ 5. รีเลยเปนอุปกรณเอาตพุตที่ทําหนาทีตั่ ดตอสวิตชเพื่อจายไฟใหกับอุปกรณตาง ๆ โดยในบอรดสาธิต นี้จะใชหลอดไฟ LED เปนตัวแสดงผล ดังนัน้ LED จะสวางขึนเมื ้ ่อรีเลยตัวทีระบุ ่ ถูกสั่งใหทํางาน

การประยุกตใชงาน

ไมโครคอนโทรลเลอรนันสามารถทํ ้ างานไดคอนขางหลากหลาย แตก็มีขอจํากัดในเรืองการทํ ่ างาน หลาย ๆ งานพรอม ๆ กัน การมีไมโครคอนโทรลเลอรหลาย ๆ ตัวมาชวยทําใหสามารถสังงานให ่ บอรด IPST ทํางานหลาย ๆ อยางไดพรอมกัน ยกตัวอยางเชน ไมโครคอนโทรลเลอรตัวที่ 1 ทําหนาทีติ่ ดตอกับผูใช ในการแสดงผลขอความและรอรับการกด คียสวิตช ไมโครคอนโทรลเลอรตัวที่ 2 ทําหนาทีตรวจจั ่ บการทํางานของเซนเซอรตาง ๆ และเก็บบันทึก ผล ไมโครคอนโทรลเลอรตัวที่ 3 ทําหนาที่ ตรวจสอบผลจากเซนเซอรแลวนําผลทีได ่ ไปควบคุมการเปด ปดอุปกรณไฟฟาผานรีเลย ดังนั้นถาผูใชตองการทราบผลรายงานผลการอานคาเซนเซอร จะตองให ไมโครคอนโทรลเลอรตัวที่ 1 ติดตอไปยังไมโครคอนโทรลเลอรตัวที่ 2 เพื่อขอคาทีต่ องการนํามาแสดง เปนตน

IPST

MicroBOX

PROJECT 02 LED µÑÇàÅ¢ 7 ʆǹ

องคความรู LED ตัวเลข 7 สวน ( 7 Segment) LED ตัวเลข 7สวนเปนการนําเอาหลอดไปแสดงผล LED มาตอรวมกันเพื่อแสดงผลตัวเลข โดยตัว เลข 0 ถึง 9 จะใช LED จํานวน 7 ดวงในการแสดงผล (ดวงที่ 8 เปนจุด) การประยุกตใชงานกับไมโคร คอนโทรลเลอรสามารถนํามาตอพวงกันเพื่อแสดงผลตัวเลขหลาย ๆ หลักไดตามตองการ

รูปแสดงการเชือมต ่ อ LED เพือแสดงเป ่ นตัวเลข 7 สวน

คุณสมบัติของ LED ตัวเลข 7 สวน 1. เปนหลอดไฟทีให ่ แสงสวางออกมาจากตัวเองทําใหสามารถมองเห็นไดในระยะไกล 2. การควบคุมการแสดงผลทําไดงาย 3. วงจรไมซับซอน ใชอุปกรณอิเล็กทรอนิกสตอพวงภายนอกนอยและสามารถตอพวงกับไมโคร คอนโทรลเลอรไดโดยตรง 4. การตอพวงเพือแสดงผลหลาย ่ ๆ หลักสามารถทําไดและใชการสแกนแสดงทีละหลักชวยให ประหยัดพลังงาน เชนมี LED ตัวเลข 7 สวน 4 หลักจะกินไฟเทากับหลักเดียว

IPST

MicroBOX

ประโยชนในการนํา LED ตัวเลข 7 สวนไปประยุกตใชงาน ในชีวิตประจําวัน เราจะพบ LED ตัวเลข 7 สวนอยูทั ่ว ๆ ไป ไมวาจะเปนในนาฬิกา หรือตัวเลข แสดงอุณหภูมิ ดังนันหน ้ าทีหลั ่ กสวนใหญจึงเปนการนําไปใชเพือแสดงค ่ าปริมาณขอมูลตาง ๆ ทีได ่ จากการ ตรวจวัด และตองการใหสามารถมองเห็นไดจากระยะไกล ๆ

วิธีการบอรด IPST กับ บอรด LED ตัวเลข 7 สวน ในชุดของ IPST จะมีบอรดแสดงผล LED ตัวเลข 7 สวน ชื่อบอรด DSP-4 ประกอบไปดวย LED ตัวเลข 7 สวน 4 หลักตอพวงเขาดวยกัน ตอพวงผานบอรด IPST ตัวลูก และควบคุมการสงผานขอมูลจาก บอรด IPST ตัวแม มีลักษณะการเชื่อมตอสายสัญญาณดังรูป

การเชือมต ่ อเพือแสดงผล ่ LED ตัวเลข 7 สวน

IPST

MicroBOX

ขั้นตอนการทดลองแสดงผล LED ตัวเลข 7 สวน 1. เลื่อนเมนูไปยังเมนูที่ 2 โดยหนาจอของโมดูล LCD จะแสดงขอความ IPST

PROJECT

02

7 SEGMENT SHOW

2. กดสวิตช ยืนยัน/ออกจากโปรแกรม เพื่อเขาสูโหมดการแสดงผล  LED ตัวเลข 7 สวน 3. หนาจอของ LED ตัวเลข 7 สวน จะแสดงตัวเลข 0000 ถึง 9999 ทั้ง 4 หลักเหมือน ๆ กัน ไลลําดับกันไป 4. เมื่อแสดงจบหนาจอของ LED ตัวเลข 7 สวนจะดับและพรอมรับคําสังเพื ่ ่อเริ่มตนทํางานใหม หรือเลื่อนเมนูไปยังเมนูอื่น ๆ ตอไป

1

2

3

IPST

MicroBOX

IPST

PROJECT 03 ä¿ÇÔè§ LED ËÅÒ¡ËÅÒÂÃٻẺ

MicroBOX

องคความรู

LED หรือ ไดโอดเปลงแสง ไดโอดเปลงแสง (light-emitting diode ยอ LED) เปนอุปกรณสารกึ่งตัวนําอยางหนึง่ จัดอยูใน  จําพวกไดโอด ทีสามารถเปล ่ งแสงในชวงสเปกตรัมแคบ เมือถู ่ กไบอัสทางไฟฟาในทิศทางไปขางหนา ปรา กฏการณนี้อยูในรูปของ electroluminescence สีของแสงที่เปลงออกมานันขึ ้ นอยู ้ กับองคประกอบทาง เคมีของวัสดุกึ่งตัวนําที่ใช และเปลงแสงไดใกลชวงอัลตราไวโอเลต ชวงแสงทีมองเห็ ่ น และชวงอินฟราเรด สีของแสงทีเปล ่ งจะขึ้นกับชนิดของผลึก สารกึงตั ่ วนําและชนิดของสารเจือปน

สัญลักษณของ LED ไดโอดเปลงแสงนีมี้ รูปรางและขนาดตางๆกันตามการใชงาน ไดโอดเปลงแสงแบบหัวมน โดยปกติ จะมีขนาดเสนผานศูนยกลาง 3 มิลลิเมตร และ 5 มิลลิเมตร ซึ่งทําดวยพลาสติกโปรงแสง

การคํานวณคาความตานทานเพื่อจํากัดกระแสให LED ปกติ LED ตองการแรงดันตกครอมตัวมันประมาณ 2V การตอเขากับแรงดันโดยตรงนันจะทํ ้ าให LED เสียหายได ดังนันจึ ้ งจําเปนตองมีตัวตานทานตอเพื่อจํากัดกระแสใหกับ LED โดย LED กินกระแส ประมาณ 10 mA ดังนันการหาค ้ า R จะหาไดจาก คาความตานทานอนุกรม LED = (แรงดันไฟเลียวงจร ้ - แรงดันตกครอม LED) กระแสในวงจร เมื่อแรงดันไฟเลี้ยงวงจรเทากับ 6V คา R =( 6-2)/0.01 = 400 แตคาตัวทานทาน 400 ไมมีขายจึงตองใชคา 470 หรือ 330 โอหมแทน

IPST

MicroBOX

แนวคิดไฟวิง่ LED หลากหลายรูปแบบ โครงงานในหัวขอนี้เปนการทดสอบการเขียนโปรแกรมพื้นฐาน โดยการสรางไฟวิ่งนั้นก็เปน ลักษณะของการสั่งงานไมโครคอนโทรลเลอรเพื่อควบคุมอุปกรณเอาตพุต โดยมีหลากหลายวิธีในการ ควบคุม เชนการปอนคาตรง ๆ ออกไปยังอุปกรณเอาตพุต หรือการใชฟงกชันทางคณิตศาสตรเขามาชวย เพื่อเลื่อนบิตขอมูล ทําใหเรียนรูถึงหลักการทางคณิตศาสตรของไมโครคอนโทรลเลอร การบวกลบคูณ หารตัวเลข การเลื่อนบิต และระบบเลขฐาน ตั้งแตตัวเลขฐานสอง ฐานสิบและฐานสิบหก โดยในการ ทดลองจะใช LED จํานวน 8 ดวงซึงจะตรงกั ่ บขอมูลจํานวน 1 ไบตพอดี แนวคิดเรื่องการเลือนบิ ่ ตขอมูล ขอมูล 8 บิตนันการเลื ้ อนบิ ่ ตขอมูลไปทางซาย ถามองในรูปแบบของตัวเลขฐานสองนันจะเหมื ้ อน กับเปนการคูณคาตัวเลขดวยสอง สวนการเลือนบิ ่ ตขอมูลไปทางขวาก็เหมือนกับการหารดวยสองนันเอง ่

ขั้นตอนการทดลองไฟวิง่ LED กับบอรด IPST 1. เลื่อนเมนูไปยังเมนูที่ 3 โดยหนาจอของโมดูล LCD จะแสดงขอความ IPST

PROJECT 03

RUNNING LED

2. กดสวิตช ยืนยัน/ออกจากโปรแกรม เพื่อเขาสูโหมดการแสดงผลไฟวิ  ่ง LED 3. ที่บอรด DSP-4 จะเห็นหลอดไฟ LED ติดในรูปแบบตาง ๆ 4. เมื่อแสดงจบหนาจอของ LED จะดับและพรอมรับคําสังเพื ่ ่อเริ่มตนทํางานใหมหรือเลื่อนเมนู ไปยังเมนูอื่น ๆ ตอไป

1

2

3

IPST

MicroBOX

แสดงการเชื่อมตอบอรด IPST กับบอรดแสดงผล LED DSP-4

แนวทางการนําไปประยุกตใชงาน ดวยคุณสมบัติที่สามารถแสดงผลไดชัดเจน ดังนั้น LED จึงมักจะนําไปประยุกตกับการแสดงผล ขอมูลในรูปของกราฟ เชน VU METER ใชแสดงระดับสัญญาณเสียง เปนตน

IPST

MicroBOX

PROJECT 04 ÃÕâÁµ¤Í¹â·ÃŤǺ¤ØÁÍØ»¡Ã³•ä¿¿‡Ò

IPST

MicroBOX

องคความรู รีโมตคอนโทรลแบบอินฟราเรด รีโมตคอนโทรล หรือแปลเปนไทยวา อุปกรณควบคุมระยะไกล มีประโยชน มีใชอยางแพรหลาย ในบานเรือนทั่ว ๆ ไป เชนเครื่องรับโทรทัศน เครื่องเสียง เครื่องปรับอากาศ โดยหลักการทํางานทํางาน ของรีโมตคอนโทรลอิฟราเรดเปนดังนี้

ภาคสง เปนการสงแสงยานอินฟราเรด ผสมคลื่นพาหความถี่ 38 กิโลเฮิรตซรวมกับขอมูลที่ตองการสง (โดยจะมีการเขารหัสสัญญาณเอาไว เพื่อปองกันสัญญาณรบกวน) สาเหตุที่ตองใชแสงยานอินฟราเรด เนื่องจากเปนแสงยานที่มีการรบกวนจากแสงภายนอกคอนขางนอย และ เปนแสงทีไม ่ รบกวนสายตา เนืองจากตาเราจะมองไม ่ เห็นแสงยานอินฟราเรด รวมทังการใช ้ LED อินฟราเรดในการสงแสงทําใหกิน กําลังงานตํา่ ตัวสงรีโมตคอนโทรลจึงสามารถใชถานไฟฉายหรือแบตเตอรีเพี ่ ยงสองกอนทํางาน แลวทํา งานไดนานมากถึง 1 ป หรือ 2 ป ภาครับ เปนลักษณะตรงขามกับภาคสง โดยจะขยายสัญญาณที่ไดจากภาคสงออกมาแลวตัดคลื่นพาห ออกเหลือเพียงสัญญาณทีมี่ การเขารหัสเอาไว สมองกลในสวนของภาครับจะตองถอดรหัสสัญญาณ เหลานีออกมาเป ้ นคียที่ถูกกดจากภาคสง แลวไปควบคุมอุปกรณไฟฟาตาง ๆ ใหทํางานตามตองการ

IPST

MicroBOX

การเชือมต ่ อบอรด IPST เพือทดลองรั ่ บสัญญาณจากรีโมตคอนโทรล

การตอบอรด IPST เพือรั ่ บสัญญาณจากรีโมตคอนโทรล ในชุด IPST MicroBOX จะมีแผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด ZX-106 ซึ่งภายในไดรวบ รวมวงจรขยายสัญญาณ และวงจรแยกคลื่นพาหออก จึงทําใหสามารถเชื่อมตอเขากับไมโคร คอนโทรลเลอรไดโดยตรงเพื่อถอดรหัสสัญญาณ วาคียที่ถูกสงมา คาคียที่ถูกถอดรหัสเรียบรอยแลวจะนํามาแสดงที่ LED 8 ดวง เพื่อผูใชงานตรวจสอบไดวา คียที่กดสงมานั้นถูกตองหรือไม สําหรับคียตัวเลข 1,2,3 และ 4 ใชสําหรับเปดและปดรีเลย โดยลักษณะการเปดปด จะเปน แบบสลับไปมาระหวางเปดและปด

IPST

MicroBOX

ขั้นตอนการทดสอบ

1. 1. เลื่อนเมนูไปยังเมนูที่ 4 โดยหนาจอของโมดูล LCD จะแสดงขอความ IPST PROJECT 04 REMOTE CONTROL

DSP-4

2. กดสวิตช ยืนยัน/ออกจากโปรแกรม เพื่อเขาสูโหมดการแสดงผลไฟวิ  ่ง LED 3. กดสวิตชที่ตัวสงรีโมตคอนโทรล ดูผลการอานคาที่ไดที่บริเวณหลอดไฟ LED บนบอรด

4. ทดลองกดสวิตชตําแหนง 1 ถึง 4 สังเกตุการทํางานทีบอร ่ ดรีเลยและหลอดไปที่ตอเชือมกั ่ บ บอรดรีเลย 5. กดสวิตช ยืนยัน/ออกจากโปรแกรม อีกครั้งเพื่อออกจากเมนู ไปสูเมนูอื่น ๆ

1

3

2

4

5

แนวทางการนําไปประยุกตใชงาน รีโมตคอนโทรลเปนอุปกรณอํานวยความสะดวกใหกับผูใชงานสําหรับเปดปดเครื่องใชไฟฟา เชนเครื่องรับโทรทัศนหรือเครื่องปรับอากาศ แตก็สามารถนําไปประยุกตใชกับระบบควบคุมบาน อัตโนมัติได โดยสามารถนํารีโมตคอนโทรลโดยทัว่ ๆ ไปมาใชเพื่อเปดปดอุปกรณไฟฟาเชนหลอดไฟ หรือนําไปประยุกตเพื่อควบคุมการขับเคลื่อน ปรับเปลี่ยนตําแหนงของเครื่องจักรก็ได

IPST

MicroBOX

PROJECT 05 ¡ÒäǺ¤ØÁµíÒá˹‹§ÁÍàµÍÕ¡ÃÐáʵç

IPST

MicroBOX

องคความรู

ระบบการปอนกลับเพื่อควบคุมมอเตอร (Feedback Control) มอเตอรกระแสตรง ขับเคลือนโดยการจ ่ ายไฟใหกับตัวมัน ถาปอนไฟกลับขัวมอเตอร ้ จะหมุนไปใน ทิศทางตรงกันขาม ปตยังมีมอเตอรกระปสตรงอีกประเภทที่ตองการการควบคุมตําแหนงที่แมนยํา เพื่อ ใชประโยชนในงานบางประเภทเชน แขนกล หรือหุนยนต  ทีมี่ การเคลือนไหวคล ่ ายมนุษย เราเรียกมอเตอร ชนิดนี้วา เซอรโวมอเตอร

RC เซอรโว เซอรโวมอเตอรก็คือมอเตอรที่มีการปอนกลับเพือระบุ ่ ตําแหนงของมัน ดังนั้นมอเตอรในรูปแบบ นีจึ้ งสามารถควบคุมตําแหนงในการเคลื่อนทีได ่ โดยสําหรับเซอรโวมอเตอรทีพบเห็ ่ นไดงายทีสุ่ ดก็คือ RC เซอรโวที่อยูในรถวิทยุบังคับ เพื่อการบังคับเลี้ยวของรถนั่นเอง โดยภายในตัว RC เซอรโว จะประกอบไป ดวยวงจรอิเล็กทรอนิกสทําหนาทีเปรี ่ ยบเทียบสัญญาณ โวลุม ที่เชือมต ่ อโดยตรงเขากับแกนของมอเตอร เพื่อใชระบุตําแหนงของมอเตอร และมอเตอรที่มาพรอมชุดเฟองเกียร

IPST

MicroBOX

บล็อกไดอะแกรมแสดงการตอ เพือสร ่ างระบบเซอรโวมอเตอร

การสรางระบบเซอรโวมอเตอรอยางงาย จากบล็อกไดอะแกรมแสดงการทํางานของเซอรโวมอเตอรกอนหนานี้ นํามาเปนแนวทางใน การสรางระบบเซอรโวมอเตอร โดยใช ชุดตัวตานทานปรับคาไดนํามาประยุกต โดยขันตอนการทํ ้ างาน เปนดังนี้ 1. บอรดควบคุมหลักเปนบอรดไมโครคอนโทรลเลอร IPST ตอพวงเขากับบอรดขับมอเตอร เพื่อขับมอเตอรกระแสตรง โดยสามารถปรับความเร็ว และทิศทางของมอเตอรได 2. ตัวมอเตอรพรอมชุดเฟองขับนั้น แกนของชุดเฟองขับมอเตอรนําไปตอเขากับตัวตานทาน ปรับคาได โดยเมือแกนมอเตอร ่ หมุนไป แกนของตัวตานทานปรับคาไดก็จะหมุนตามไปดวย คาความ ตานทานของตัวตานทานปรับคาไดก็จะเปลี่ยนไปตามทิศทางการหมุนของมอเตอร 3. ปลายของแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดจะเชื่อมตอกับบอรดไมโครคอนโทรลเลอร IPST เพื่อทําหนาทีคอยตรวจสอบตํ ่ าแหนงการเคลือนที ่ ่ของมอเตอร 4. ใชตัวตานทานปรับคาไดอีกตัว ตอไวกับบอรดไมโครคอนโทรลเลอร IPST เพื่อควบคุม ตําแหนงการหมุนของมอเตอร โดยเมื่อหมุนตัวตานทานปรับคาได (1) ไปที่ตําแหนงใด ไมโคร คอนโทรลเลอรจะเกิดการเปรียบเทียบ และสั่งขับมอเตอรจนคาระหวางตัวตานทานปรับคาไดทั้งสอง ตัวตรงกัน จึงจะหยุดการหมุนของมอเตอร

IPST

MicroBOX

ลําดับขั้นการทดสอบ 1. เลื่อนเมนูไปยังเมนูที่ 5 โดยหนาจอของโมดูล LCD จะแสดงขอความ IPST PROJECT 05

DC MOTOR CONTROL

2. กดสวิตช ยืนยัน/ออกจากโปรแกรม เพื่อเขาสูโหมดการแสดงผลไฟวิ  ่ง LED 3. ทดลองปรับตัวตานทานปรับคาไดตําแหนงที่ 1 สังเกตลักษณะการทํางานของมอเตอร 4. ทดลองปรับตัวตานทานปรับคาไดไปในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา มอเตอรจะเคลื่อนที่ไปในทิศ ทางทวนเข็มนาฬิกา จนคาของตัวตานทานปรับคาไดทั้งสองตัวมีคาใกลเคียงกัน มอเตอรจะหยุดหมุน 5. เชนเดียวกันเมื่อปรับตัวตานทานปรับคาไดไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกามอเตอรจะเคลื่อนที่ ไปในทิศทางตามเข็มนาฬิกา จนคาของตัวตานทานปรับคาไดทั้งสองตัวมีคาใกลเคียงกัน มอเตอรจะ หยุดหมุน

1

2

3

รูปแสดงการเชื่อมตอสําหรับการทดลองเรื่องเซอรโวมอเตอร

IPST

MicroBOX

IPST

MicroBOX

PROJECT 06

µÅѺàÁµÃ´Ô¨ÔµÍÅ ÇÑ´ÃÐÂзҧ´ŒÇÂÍÔ¹¿ÃÒàô

องคความรู

หลักการทํางานของโมดูลตรวจวัดระยะทางดวยแสงอินฟราเรด

การตรวจวัดระยะทางนันสามารถทํ ้ าไดหลายรูปแบบ รูปแบบทีมี่ ทําความเขาใจไดงายที่สุดคือ อัลตราโซนิกทีเป ่ นการนําเอาสัญญาณเสียงสงไปกระทบวัตถุแลวนับเวลาทีเสี ่ ยงนันสะท ้ อนตอบกลับมา เนืองจากความเร็ ่ วของเสียงนันมี ้ ความเร็วไมมากนัก พอทีจะใช ่ เครืองมื ่ อตรวจวัดได แตสําหรับโมดูลวัด ระยะทางดวยแสงอินฟราเรด การสงแสงอินฟราเรดไปกระทบวัตถุแลววัดคาระยะเวลาการสะทอนนั้น ทําไมได เนืองจากความเร็ ่ วแสงนันมี ้ ความเร็วมากเกินไป เกินกวาเครืองมื ่ อปกติจะทําการตรวจจับได จึงตองใชหลักการทํางานดังนี้

แสงอินฟราเรดจากตัวสงจะถูกสงไปกระทบวัตถุ ผานเลนสนูนเพื่อโฟกัสแสงใหมีความเขมแสง ไปยังจุดใดจุดหนึ่ง เมื่อแสงไปกระทบวัตถุจะเกิดการกระเจิงของแสงไปในทิศทางตาง ๆ แสงสวนหนึง่ จะกระเจิงไปยังภาครับ โดยมีเลนสภาครับทําหนาทีรวมแสงและกํ ่ าหนดจุดตกกระทบ แสงจะถูกสงผาน ไปยังโฟโตทรานซิสเตอรจํานวนมากทีต่ อเรียงตัวกันเปนอารเรย ตําแหนงที่แสงตกกระทบนี้สามารถนํา มาคํานวณหาระยะทาง (L) จากภาคสงไปยังวัตถุได โดยใชสูตรหาสามเหลียมคล ่ ายดังนี้ F×A X โดยคาที่วัดระยะไดจากโฟโตทรานซิสเตอรจะถูกสงไปยังวงจรประมวลผลสัญญาณกอนจะเปลี่ยนคา เปนระดับแรงดัน ซึ่งใหผลการเปลี่ยนแปลงแรงดันตามระยะทางที่ตรวจวัดได

ดังนั้นคา L จะมีคาเทากับ L =

IPST

MicroBOX

คุณสมบัติของโมดูลวัดระยะทางดวยแสงอินฟราเรด GP2D120 ใชการตรวจจับระยะทางดวยการสะทอนแสงอินฟราเรด l วัดระยะทางได 4-30 เซนติเมตร สําหรับ GP2D120 l ไฟเลี้ยงที่เหมาะสมคือ 4.5 ถึง 5V ตองการกระแสไฟฟาทีการวั ่ ดระยะทางสูงสุด 50mA l ใหเอาตพุตเปนแรงดันในยาน 0.4 ถึง 2.4V ที่ไฟเลี้ยง +5V l ใชงานไดโดยไมตองตออุปกรณภายนอกเพิมเติ ่ ม l

หนาตา,การจัดขา และรูปแบบการทํางานของ GP2D12/GP2D120 LED อินฟราเรดตัวสง

ไฟเลี้ยง

ตัวรับแสงอินฟราเรด

38.3ฑ9.6

GP2D12

Vout GND

Vcc

มิลลิวินาที

การวัดระยะหาง

วัดครั้งที่ 1

แรงดันเอาตพุต

ไมแนนอน

วัดครั้งที่ 2

วัดครั้งที่ n

เอาตพุตครั้งที่ 1 เอาตพุตครั้งที่ 2

เอาตพุตครั้งที่ n

5 มิลลิวิน าที

GP2D120 เปนโมดูลตรวจจับระยะทางแบบอินฟราเรดมีขาตอใชงาน 3 ขาคือ ขาตอไฟเลี้ยง (Vcc), ขากราวด (GND) และขาแรงดันเอาตพุต (Vout) การอานคาแรงดันจาก GP2D120 จะตองรอ ใหพนชวงเตรียมความพรอมของโมดูลกอน ซึ่งใชเวลาประมาณ 32.7-52.9 มิลลิวินาที ดังนันในการอ ้ าน คาแรงดันจึงควรรอใหพนชวงเวลาดังกลาวไปกอน แรงดันเอาตพุต (V) 2.8 2.4 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0

0

4

8

12

16

20

24

28

ระยะหางจากวัตถุที่ตรวจจับ (cm)

32

กราฟแสดงผลการทํางานของ GP2D120

คาแรงดันเอาตพุตของระยะทาง 30 เซนติเมตรที่ไฟเลี้ยง +5V อยูในชวง 0.25-0.55V โดยคา กลางคือ 0.4V

IPST

MicroBOX

สูตรการคํานวณเพื่อแปลงคาที่วัดไดใหอยูในรูปเซนติเมตร เนืองจาก ่ GP2D120 ใหเอาตพุตออกมาเปนแรงดัน ดังนั้นจึงตองมีการเปลี่ยนคาแรงดันที่อาน ไดใหอยูในรูปของ ระยะทาง โดยใชสูตร R = (2914 / (V + 5)) - 1 โดย R หมายถึง ระยะทางที่ตรวจวัดไดมีหนวยเปน เซนติเมตร v หมายถึง คาแรงดันที่ไดจากวงจรแปลงสัญญาณอะนาลอกเปนดิจิตอล

การเชื่อมตอผาน IPST MicroBOX โครงงานนีเพื ้ ่อใหเห็นคาการทีวั่ ดไดใหชัดเจน จึงใชการแสดงผลการวัดที่ LED ตัวเลขเจ็ดสวน ของบอรด DSP-4 มีลักษณะการเชื่อมตอดังแสดงในรูป

รูปแสดงการเชือมต ่ อบอรด IPST สําหรับเปนตลับเมตรดิจิตอล

IPST

MicroBOX

ลําดับขั้นการทดสอบ 1. เลื่อนเมนูไปยังเมนูที่ 6 โดยหนาจอของโมดูล LCD จะแสดงขอความ IPST PROJECT 06

Distance Measure

ไรบาง

2. กดสวิตช ยืนยัน/ออกจากโปรแกรม เพื่อเขาสูโหมดการวั  ดระยะทาง 3. ทดลองใชมือกั้นที่ดานหนาของ GP2D120 ดูคาทีวั่ ดไดที่ LED ตัวเลข 7 สวน 4. เลื่อนมือ เขาและออกดูผลการเปลี่ยนแปลงของคาทีตรวจวั ่ ด วามีการเปลี่ยนแปลงไปอยาง

5. ใชไมบรรทัด วัดระยะทางจากมือถึงตัว GP2D120 เปรียบเทียบกับคาทีแสดงว ่ า มีความเทียง ่ ตรงมากนอยเพียงใด 6. เมื่อตองการออกจาก การตรวจวัดใหกดสวิตช ออกจากโปรแกรม (ตัวลูก) เนืองจากการทํ ่ า งานของบอรด IPST ทั้งโมดูล GP2D120 กับบอรด DSP-4 เกิดขึ้นที่บอรด IPST ตัวลูกทั้งคู

การนําไปประยุกตใชงาน นอกจากคุณสมบัติในการตรวจวัดระยะทางแลว โมดูลวัดระยทางดวยแสงอินฟราเรดยังเหมาะ ที่จะนําไปเปนอุปกรณตรวจจับการเคลื่อนไหว หรือตรวจจับวัตถุไดอีกดวย อยางเชนสามารถนําไป ประยุกตกับการสรางระบบเปด/ปดประตูอัตโนมัติ หรือใชสําหรับการนับคนเขาหองสมุดเปนตน

IPST

PROJECT 07 ÍÔ¹¿ÃÒàôµÃǨ¹Ñº¡ÒÃà¤Å×è͹·Õè

MicroBOX

องคความรู LED อินฟราเรด

โฟโตทรานซิสเตอร

LED อินฟราเรด

LED อินฟราเรดเปนอุปกรณเอาตพุตสําหรับการสงแสงยานอินฟราเรด ซึงตาเรามองไม ่ เห็นออก ไป จุดประสงคก็ใหอุปกรณที่เปนตัวรับแสง โดยในทีนี่ ้คือโฟโตทรานซิสเตอรรับแสงได ลักษณะทาง กายภาพของ LED อินฟราเรดจะเหมือนกับ LED ที่ใชงานอยูโดยทั  ว้ ๆไป แตเมื่อ LED อินฟราเรดถูก ปอนไฟใหทํางาน เราจะมองไมเห็นแสงทีเกิ ่ ดจากตัว LED อินฟราเรด

รูปแสดงวงจรภายในและแผงวงจร LED อินฟราเรดและโฟโตทรานซิสเตอร

โฟโตทรานซิสเตอร โฟโตทรานซิสเตอรเปนอุปกรณอินพุตประเภทอะนาลอก ทําหนาทีรั่ บแสงยานอินฟราเรดจาก ภายนอก ซึ่งปอนเขาไปทีตั่ วมัน การนํากระแสหรือไมนํากระแสของโฟโตทรานซิสเตอรขึ้นอยูกับ ปริ มาณแสงอินฟราเรดที่ โฟโต ทรานซิสเตอร รับได การนําโฟโตทรานซิสเตอรไปใชงานกับไมโคร คอนโทรลเลอรจะตองมีการตอวงจรเพื่อนําแรงดันตกครอมที่ไดจากตัวโฟโตทรานซิสเตอร ปอนใหกับ วงจรแปลงสัญญาณอะนาลอกเปนดิจิตอลของโฟโตทรานซิสเตอร

IPST

MicroBOX

แนวคิดของโครงงาน จากคุณสมบัติของ LED อินฟราเรด และโฟโตทรานซิสเตอร นี้ เมือนํ ่ าอุปกรณทั้งสองตัวหัน หนาเขาหากัน โฟโตทรานซิสเตอรจะนํากระแสเต็มที่ แตเมื่อมีวัตถุใดไปขวางระหวางอุปกรณทังสอง ้ ตัวนี้ โฟโต ทรานซิ สเตอรจะหยุ ดนํากระแส เมื่อนําอุปกรณ ทั้งสองตัวนี้เชื่อมตอเขากับไมโคร คอนโทรลเลอร ก็สามารถรับรูไดวาขณะไดมีวัตถุตัดผาน และเมือวั ่ ตถุทีตั่ ดผานนีเป ้ นลอวงกลมทีมี่ การเจาะรู การตัดผานของลอจะทําใหทราบถึงระยะ ทางการเคลือนที ่ ่ไปของลอนั้นได จากรูปวงลอมีชองเจาะรูเอาไว 8 รู ซึ่งหมายความวา เมือล ่ อหมุนไป 1 รอบ จะเกิดการสลับ กันระหวาง ตรวจพบวัตถุและไมตรวจพบเกิดขึ้น 8 ครั้ง ถาเสนผานศูนยกลางของลอมีขนาด 5 เซนติเมตร

การเคลือนที ่ ่ 1 รอบ จะไดระยะทาง 3.14 x 5 = 15.7 เซนติเมตร แนวทางการประยุกตใชงาน เมือเข ่ าใจแนวคิดของโครงงานนีแล ้ ว สามารถนําแนวคิดนี้ไปใช ชวยในการควบคุมการทํางาน ของหุนยนตหรือแขนกลใหมีความแมนยําในการทํางานเพิมมากขึ ่ น้ โดยถาชองเจาะของตัวรหัสลอมี ความละเอียดมากขึนเท ้ าใด ความแมนยําในการทํางานก็จะมีมากขึนเท ้ านัน้ อุปกรณหรือเครื่องมือ ทีใช ่ อินฟราเรดและโฟโตทรานซิสเตอรเพือ่ ตรวจสอบการเคลื่อนที่ และอยูใกล  ๆ ตัวเราก็คือเมาสแบบ ลูกกลิ้งนั่นเอง โดยเมาส จะเพิ่มเติมในสวนการเขารหัส เพื่อใหสามารถแยกแยะทิศทางการเคลือนที ่ ่ ของลูกกลิงได ้ ดวย

IPST

MicroBOX

การเชื่อมตอผาน IPST MicroBOX

รูปแสดงการเชือมต ่ อ บอรดขับมอเตอร LED อินฟราเรดและโฟโตทรานซิสเตอร

ลําดับขั้นการทดสอบ 1. เลื่อนเมนูไปยังเมนูที่ 7 โดยหนาจอของโมดูล LCD จะแสดงขอความ IPST PROJECT 07

Distance Measure

2. กดสวิตช ยืนยัน/ออกจากโปรแกรม เพื่อเขาสูโหมดการวั  ดระยะทาง 3. หนาจอจะแสดงขอความ Slide Counter เพื่อบอกใหทําการเลือนสไลด ่ กําหนดคาตัว เลขสําหรับการนับ การหมุนของมอเตอร 4. ใหเลื่อนสไลด จนตัวเลขในแถวลางแสดงคา 16 ซึงหมายถึ ่ งเปนการสังให ่ วงลอหมุนไป 2 รอบ 5. กดปุม ยืนยัน/ออกจากโปรแกรม อีกครั้ง มอเตอรจะเริ่มหมุน 6. เมื่อหมุนครบ 2 รอบ มอเตอรจะหยุดหมุนแลว สงเสียงบี๊ปออกลําโพง 1 ครั้ง 7. ถาตองการสังให ่ โปรแกรทํางานอีกครั้ง จะตองเริ่มจากขันตอนที ้ ่ 1 ใหม

IPST

MicroBOX

IPST

MicroBOX

PROJECT 08 ÊÇÔµª•ÊÑ觧ҹ´ŒÇÂàÊÕ§

องคความรู

เสียง เสียง เกิดจากการสันสะเทื ่ อนของวัตถุ เมือวั ่ ตถุสั่นสะเทือน ก็จะทําใหเกิดการอัดตัวและขยาย ตัวของคลื่นเสียง และถูกสงผานตัวกลาง เชน อากาศ ไปยังหู แตเสียงสามารถเดินทางผานกาซ ของเหลว และของแข็งก็ได แตไมสามารถเดินทางผานสุญญากาศ เชน ในอวกาศ ได เมื่อการสั่นสะเมือนนั้นมาถึงหูของเรา มันจะถูกแปลงเปนพัลสประสาท ซึ่งจะถูกสงไปยังสมอง ทําใหเรารับรูและจําแนกเสียงตางๆ ได

ไมโครโฟน อุปกรณเปลี่ยนคลื่นเสียงเปนสัญญาณไฟฟา ไมโครโฟน มีหลายประเภทแตสวนใหญทําหนาทีเหมื ่ อนกันคือทําหนาทีเปลี ่ ่ยนคลืนเสี ่ ยงเปน สัญญาณไฟฟา โดยปริมาณสัญญาณไฟฟาทีเกิ ่ ดขึ้นมากนอย ขึ้นอยูกับปริมาณของคลื่นเสียงที่ปอน เขาทีไมโครโฟน ่ แตแรงดันทีได ่ จากไมโครโฟนจะคอนขางนอย จะตองตอเขากับวงจรขยายสัญญาณเพือ่ ขยายสัญญาณใหมีความแรงมากพอกอน นําไปเชื่อมตอกับไมโครคอนโทรลเลอรได

IPST

MicroBOX

รูปแสดงลักษณะการเชือมต ่ อแผงวงจรตรวจจับเสียงกับบอรด IPST

การเชื่อมตอแผงวงจรตรวจจับเสียง แผงวงจรตรวจจับเสียงเปนอุปกรณอะนาลอก เมือต ่ องเชือมต ่ อกับบอรด IPST จะตองตอเขากับจุด ตออะนาลอก ซึ่งวงจรแปลงสัญญาณอะนาลอกเปนดิจิตอลจะอยูที่พอรต A (PA0-PA7) โดยสําหรับโมดู ลตรวจจับเสียงจะเชื่อมตอเขากับจุดตอ PA5 การอานคาเสียงเพื่อใหไดคุณภาพเสียงดีที่สุดจะอานคาเขา มาหลาย ๆ ครั้งแลวหาคาเฉลีย่ จึงไมเกิดปญหาเรืองสั ่ ญญาณรบกวน

IPST

MicroBOX

โฟลวชารตแสดงการทํางานของโปรแกรม เพื่อใหเขาใจการทํางานของสวิตชเปดปดดวยเสียง โฟลวชารตดานลางแสดงถึงการทํางานของ โปรแกรม โดยหลัก ๆ คือเปดปดการทํางานของรีเลย (หรืออุปกรณที่ตอพวงเขากับรีเลย) เมื่อมีเสียงดัง เกินคาทีกํ่ าหนด โดยคาทีอ่ านไดนั้นจะตองไมใชสัญญาณเสียงชวงสัน้ ๆ ตองเปนเสียงที่สงจากผูใช  จริง ๆ โดยการอานคาเสียงเขามาแลวหาคาเฉลี่ย เสียงทีมี่ ความดังและนานมากพอถึงจะทําให รีเลยเปดหรือ ปดได

โฟลวชารตแสดงการทํางานของสวิตชเปดปดดวยเสียง

IPST

MicroBOX

ลําดับขั้นการทดสอบ 1. เลื่อนเมนูไปยังเมนูที่ ค โดยหนาจอของโมดูล LCD จะแสดงขอความ IPST PROJECT 08 SOUND SWITCH

2. กดสวิตช ยืนยัน/ออกจากโปรแกรม เพื่อเขาสูโหมดสวิ  ตชเปดปดดวยเสียง 3. หนาจอจะแสดงระดับของสัญญาณเสียงทีอ่ านได โดยระดับสัญญาณเสียงนีเป ้ นระดับทีผ่ าน การหาคาเฉลียมาเรี ่ ยบรอยแลว 4. เมื่อคาระดับเสียงทีตรวจวั ่ ดไดมีคามากกวา 500 อันอาจมาจากการตบมือ หรือ เสียงดังออก มา รีเลยจะทํางาน และถาทําอีกครั้งจะเปนการปดรีเลย 5. ทดลองใชเสียงในรูปแบบตาง ๆ เพื่อดูวา เสียงในลักษณะใด ตอบสนองกับไมโครโฟนทีใช ่ ดี ที่สุด 6. กดสวิตช ยืนยัน/ออกจากโปรแกรมอีกครั้ง เพื่อออกจากโหมด สวิตชเปดปดดวยเสียง เขาสู การทดสอบในเมนูอื่น ๆ ตอไป

แนวทางการนําไปประยุกตใชงาน

ดวยลักษณะการหาคาเฉลี่ย ของเสียง นอกจากนําเสียงที่ไดไปเปดปดอุปกรณไฟฟาแลว ยังใช เพื่อ ชวยคุณครูตรวจวัดระดับความดังของเสียงในหองเรียนของนักเรียน เวลาคุณครูไมอยูที่หองก็ได หรือ จะใชวิธีการบันทึกคาเก็บไวในหนวยความจําแลวมาตรวจสอบในภายหลังก็ได หรือสําหรับงาน รักษาความปลอดภัยก็สามารถนําไปประยุกตใช เปนสวนหนึงของระบบกั ่ นขโมยก็ได

IPST

MicroBOX

IPST

MicroBOX