Alarm Proto-Invention กฤษดา ใจเย็น
e k o m S EZDetector นี่คือโครงงานเครื่องตรวจจับควันที่สร้างง่าย ปรับแต่งความไวในการตรวจจับได้ และทีต่ อ้ งทึง่ คือ ท�ำงานได้โดยไม่ตอ้ งพึง่ ไมโครคอนโทรลเลอร์ ไม่ตอ้ งเขียนโปรแกรม ควบคุมใดๆ เพียงใช้ความรู้ทางวงจรอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐาน ระบบตรวจจับควัน แบบฉลาดๆ ก็จะอยู่ในมือคุณ โครงงานนี้เป็นการน�ำเอาอุปกรณ์ที่หาซื้อได้ง่ายและใช้ความรู้ในการ เชื่อมต่อวงจรที่ไม่ซับซ้อนมาสร้างเป็นเครื่องตรวจจับควัน ที่น�ำไปเชื่อมต่อ กับอุปกรณ์ที่ใช้ไฟบ้าน 220V เนื่องจากสามารถขับกระแสไฟฟ้าไปยังโหลด ได้สูงสุดถึง 8A ระบบเตือนภัยต่างๆ ที่คุณต้องการจะน�ำมาใช้งานร่วมด้วย ก็กลายเป็นเรื่องง่ายในทันที
แนวคิด เครือ่ งตรวจจับควันนับว่าเป็นสิง่ ประดิษฐ์ทมี่ ปี ระโยชน์มาก แต่การเชือ่ มต่อ เพื่อน�ำไปใช้งานไม่ง่ายนัก เนื่องจากเอาต์พุตจากตัวตรวจจับควันนั้นมัก เป็นสัญญาณอะนาลอก การเชื่อมต่อจะต้องใช้อุปกรณ์ที่อิเล็กทรอนิกส์ที่ ซับซ้อน หรือใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งต้องอาศัยการเขียนโปรแกรมจึงจะ ใช้งานได้ เพื่อก้าวข้ามผ่านข้อจ�ำกัด จึงกลับมาทบทวนถึงความรู้ทางวงจร อิเล็กทรอนิกส์เพื่อหาทางออก โดยมีเงื่อนไขส�ำคัญคือ ต้องสร้างไม่ยากด้วย จึงได้แนวคิดว่า เมื่อตัวตรวจจับควันให้เอาต์พุตเป็นแรงดันไฟตรง ออกมา หากเรามีวงจรที่เป็นแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงวงจรหนึ่ง น�ำมาเปรียบ เทียบกับแรงดันที่ได้จากตัวตรวจจับควัน ก็จะท�ำให้สามารถตรวจสอบได้ ว่า ขณะนี้ ปริมาณควันที่ตรวจจับได้มากถึงจุดที่ต้องการให้มีการแจ้งเตือน หรือส่งสัญญาณไปควบคุมระบบป้องกันเพลิงไหม้หรือไม่ ในรูปที่ 1 เป็น ไดอะแกรมการท�ำงานของแนวคิดนี้
รูปที่ 1 ไดอะแกรมแสดงการท�ำงานของเครื่องตรวจจับควันเพื่อเปิดปิด อุปกรณ์ไฟฟ้า
การท�ำงานของวงจร จากแนวคิดตามไดอะแกรมในรูปที่ 1 น�ำมาสร้างเป็นวงจรจริงๆ ได้ดัง รูปที่ 2 มีอุปกรณ์หลัก 4 ตัวคือ โมดูลตรวจจับควัน ZX-MQ2, แผงวงจร ตัวต้านทานปรับค่าได้ ZX-POTV หรือ POTH, แผงวงจรเปรียบเทียบแรง ดัน ZX-COMPARATOR และโซลิดสเตตรีเลย์ หัวใจของการท�ำงานคือ การ เปรียบเทียบแรงดันการตรวจจับควันของโมดูล ZX-MQ2 และแรงดันอ้างอิง จาก ZX-POTH
The Prototype Electronics
51
หากยังไม่พบควัน ค่าแรงดันเอาต์พุตจาก ZX-MQ2 จะมีค่าน้อย เมื่อ เทียบกับแรงดันจาก ZX-POTH ท�ำให้เอาต์พุตของแผงวงจรเปรียบเทียบ แรงดันไฟฟ้า ZX-COMPARATOR ให้ผลการท�ำงานเป็นลอจิก “0” ออก ที่ช่อง B>A (LED สีเขียวติดสว่าง) และที่ช่อง A>B จะเป็นลอจิก “1” สัญญาณจากเอาต์พุต A>B เป็นสัญญาณที่น�ำไปใช้ในการขับโซลิดสเตตรี เลย์ SSR1 โดยสถานะที่ต้องการคือ ลอจิก "0" และวงจรเปรียบเทียบแรง ดันจะให้เอาต์พุตเป็นลอจิก "0" หากผลการเปรียบเทียบถูกต้อง ในกรณีนี้ แรงดันจาก ZX-POTH (อินพุต B) มากกว่าแรงดันจาก ZX-MQ2 (อินพุต A) ท�ำให้เอาต์พุต A>B ไม่เป็นจริง เอาต์พุตจึงเป็นลอจิก "1" เมื่อส่งไปยังโซลิด สเตตรีเลย์ SSR1 จะไม่สามารถกระตุ้นให้ SSR1 ท�ำงานได้ เนื่องจากด้วย การจัดวงจรในแบบนี้ SSR1 จะท�ำงานได้ก็ต่อเมื่อได้รับสัญญาณลอจิก "0" เมื่อ ZX-MQ2 ตรวจจับควันได้ จะมีแรงดันเอาต์พุตออกมา (ค่าแรง ดันมากน้อยขึ้นอยู่กับการปรับตัวต้านทานปรับค่าได้บน ZX-MQ2 และ ปริมาณควันที่ตรวจจับได้) มากกว่าค่าของ ZX-POTH เอาต์พุตของ ZXCOMPARATOR จะให้เอาต์พุตลอจิก “0” ออกที่ช่อง A>B (LED สีแดงติด สว่าง) ท�ำให้โซลิดสเตตรีเลย์ได้รับการกระตุ้นที่ถูกขั้ว จึงท�ำงาน อุปกรณ์ ไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออยู่ที่ขาเอาต์พุตของ SSR1 ก็จะท�ำงานไปด้วย ส�ำหรับไฟเลี้ยงที่ใช้ในโครงงานนี้จะมาจากอะแดปเตอร์ไฟตรงแบบ สวิตชิ่งขนาดเล็กที่ให้เอาต์พุต +5V ออกมาผ่านทางจุดต่อพอร์ต USB จึง สามารถเชื่อมต่อกับสาย USB และน�ำไปใช้งานได้ทันที
เตรียมอุปกรณ์
1. โมดูลตรวจจับควัน ZX-MQ2
2. แผงวงจรเปรียบเทียบสัญญาณ ZX-COMPARATOR
3. แผงวงจรตัวต้านทานปรับค่าได้แบบแกนนอน ZX-POTH
4. อะแดปเตอร์ไฟตรง +5V (ขนาดเล็ก)
5. โซลิดสเตตรีเลย์ S202S02
6. ตัวต้านทาน 220W 1/4W 5%
7. สาย JST-3AA 2 เส้น (ไม่รวมสายที่กับแผงวงจร)
8. สาย USB
9. หัวปลั๊กไฟตัวผู้
10. หัวปลั๊กไฟตัวเมีย
11. สายไฟสลับ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ZX-110
A 10kB
ZX-POTH
POTENTIOMETER VARIABLE RESITOR 0-5V adjust © inex
+
s
-
+
s
-
Input 220V Output 5V 1A A LM393N
ZX-COMPARATOR D
B
A>B 100n
B>A
รูปที่ 2 วงจรแสดงการเชื่อมต่อจริงของเครื่องตรวจจับควันเพื่อเปิดปิด อุปกรณ์ไฟฟ้า
52
The Prototype Electronics
11
รูปที่ 3 แสดงอุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้ในโครงงานนี้
การสร้าง จากอุปกรณ์ที่มีจ�ำนวนไม่มาก ผนวกกับทักษะฝีมือเพียงเล็กน้อย โครงงานนี้ก็ส�ำเร็จได้ไม่ยากนัก โดยไม่ต้องพึ่งการท�ำแผ่นวงจรพิมพ์ (แต่ ถ้าใครอยากท�ำก็ไม่ว่า ลองได้เลยตามต้องการ) เริ่มลงมือตามขั้นตอนต่อ ไปนี้
(3) ปอกปลายสายของสาย JST3 เฉพาะเส้นสีแดงและด�ำ ส่วนสายสี ขาวให้ตัดทิ้ง ดังรูปที่ 6 6
(1) ตัดสาย JST3AA-8 ออกเป็น 2 ส่วนส�ำหรับต่อกับกับสาย USB เพื่อต่อกับแหล่งจ่ายไฟ +5V และใช้เชื่อมต่อสัญญาณเอาต์พุตไปยังโซลิด สเตตรีเลย์ โดยให้ตัดส่วนที่ใช้กับสาย USB สั้นกว่าสักหน่อย ตามรูปที่ 4.1 และ 4.2 4.1
(4) เชื่อมต่อสาย USB และสาย JST3 เข้าด้วยกัน โดยสาย +5V ของ สาย USB ต่อกับสายไฟสีแดงของสาย JST3 และต่อสายกราวด์กับสายไฟ สีด�ำของสาย JST แล้วหุ้มด้วยท่อหด ดังรูปที่ 7 7
4.2
(5) น�ำสาย JST3AA ส่วนที่เหลือ ตัดสายสีด�ำออก จากนั้นเชื่อมต่อ เข้ากับโซลิดสเตตรีเลย์ โดยสายไฟอ่อนสีแดงต่อกับขั้วบวก ส่วนสายไฟสี ขาวต่อกับตัวต้านทาน 220W แบบอนุกรมก่อนแล้วจึงต่อเข้ากับขาไฟลบ ของโซลิดสเตตรีเลย์ ดังรูปที่ 8 (2) ตัดปลายด้านหนึ่งของสาย USB ทิ้งไปให้เหลือเฉพาะด้าน Type A (ด้านที่ใช้เสียบกับคอมพิวเตอร์) ดังรูปที่ 5 จากนั้นปอกปลายสาย โดย สังเกตสีของสายไฟย่อย หากเป็นสายสีแดงจะเป็นสาย +5V และสายไฟสี ด�ำเป็นกราวด์ แต่ถ้าหากสาย USB ที่ได้มามีสายไฟย่อยภายในที่มีสีแตก ต่างไปจากนี้ ก็ต้องท�ำการวัดเพื่อหาสายของ +5V และกราวด์ 5
8
220W (6) น�ำโซลิดสเตตรีเลย์ยึดเข้ากับลูกเต๋าต่อสายเพื่อเตรียมเชื่อมต่อกับ สายไฟ AC โดยต่อขาอาต์พุตไฟสลับทั้งสองขาของโซลิดสเตตรีเลย์เข้ากับ ลูกเต๋าต่อสาย ตามรูปที่ 9 9
The Prototype Electronics
53
(7) น�ำสายไฟ AC มาต่อเข้ากับปลัก๊ ด้านฝัง่ ตัวผูแ้ ละตัวเมีย ดังรูปที่ 10
10.1
10.2
(8) น�ำส่วนกลางของสายไฟ AC ต่อเข้ากับโซลิดสเตตรีเลย์ โดยขันยึด เข้ากับลูกเต๋าต่อสาย ดังรูปที่ 11 โดยยังคงต้องใช้การเชือ่ มต่อสายสัญญาณ ต่างๆ เข้าด้วยกันตามที่แสดงในรูปที่ 2 11
ข้อมูลที่ควรทราบของ ZX-MQ2 แผงวงจรตรวจจับควัน
• ใช้ตัวตรวจจับควันรุ่น MQ2 ที่ให้ค่าของปริมาณก๊าซในย่าน 100 ถึง 5000 ppm (pieces per million - เศษในล้านส่วน) ตามชนิดของก๊าซ หรือไอระเหยที่ตรวจจับได้ ประกอบด้วย ก๊าซโพรเพน (propane) ได้ค่า 200 ถึง 5000 ppm, มีเธน (methane) ได้คา่ 5000 ถึง 20000, ไฮโครเจน(hydrogen) ได้ค่า 300 ถึง 5000, แอลกอฮอล์ (alcohol) 100 ถึง 20000และควัน • MQ2 ตรวจจับก๊าซได้หลากหลาย แต่ค่าของการตรวจจับมีช่วงที่ทับ ซ้อนกันอยู่ • MQ2 ไม่ได้มีความสามารถในการแยกแยะชนิดของก๊าซได้ ดังนั้นผู้ ใช้งานจึงต้องก�ำหนดค่าอ้างอิงของก๊าซที่ต้องการตรวจจับ
• ไม่แนะน�ำให้ใช้ในการตรวจจับและแยกแยะชนิดของก๊าซ
• จากการทดสอบขอแนะน�ำให้นำ� ไปใช้ตรวจจับควันหรือตรวจจับว่ามี ก๊าซอืน่ ๆ เข้ามาปะปนในพืน้ ทีต่ รวจจับหรือไม่ จะได้ผลการท�ำงานทีด่ มี ากกว่า
ข้อมูลทีค่ วรทราบของ ZX-COMPARATOR แผงวงจร เปรียบเทียบสัญญาณ
การปรับแต่งและใช้งาน จุดปรับแต่งของโครงงานนีจ้ ะเน้นให้ผใู้ ช้งานปรับค่าเฉพาะที่ ZX-POTH เท่านั้น โดยเมื่อเชื่อมต่อสายเป็นที่เรียบร้อยแล้วทดลองปรับแกนหมุนของ ZX-POTH จนกระทัง่ LED ทีเ่ อาต์พตุ A>B ของแผงวงจร ZX-COMPARATOR ติดเป็นสีเขียว โดยปรับให้ห่างจากจุดที่ติดเป็นสีแดงเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เพื่อความไวในการตรวจจับ ดังนั้นความไวของการตรวจจับควันในโครงงานนี้จึงขึ้นกับการปรับ แต่งที่แผงวงจรตัวต้านทานปรับค่าได้ ZX-POTH จากนั้นต่อโหลด 220Vac เข้ากับปลั๊กตัวเมีย เช่น หลอดไฟ หรือออด สัญญาณ หาแหล่งก�ำเนิดก๊าซหรือควัน อาจใช้ไฟแช็คมาเปิดปล่อยแก๊ส ใกล้ๆ ZX-MQ2 ก็ได้ สังเกตการท�ำงานที่เกิดขึ้น อนึ่ง ก่อนการท�ำงานที่เที่ยงตรงสมบูรณ์จะต้องอุ่นด้วยลวดความร้อน สักระยะเวลาหนึ่งก่อน ในดาต้าชีตแจ้งไว้ว่า 24 ชั่วโมง แต่จากการทดสอบ พบว่าประมาณ 10 นาทีก็เพียงพอ
• ใช้เปรียบเทียบแรงดันระหว่างอินพุต A กับ B
• ให้ผลลัพธ์เป็นสัญญาณดิจิตอลลอจิก "0" พร้อมกับไฟแสดง
• มี 2 เอาต์พุตคือ A>B และ B>A
• แรงดันอินพุตส�ำหรับการเปรียบเทียบอยู่ในย่าน 0 ถึง +5V
หมอกจางๆ หรือควัน คล้ายกันจนบางทีไม่อาจรู้...แต่ด้วยเครื่องตรวจ จับควันนี้ รับรองได้ว่า หมอกหรือควันแยกได้ไม่ผิดพลาด... www.tpemagazine.com
54
The Prototype Electronics