Andriod/ Proto-Invention Robotics ชัยวัฒน์ ลิ้มพรจิตรวิไล
IOIO-Robotic Activity Board แผงวงจรควบคุมหุนยนตสําหรับ IOIO และ IOIO-Q
แผงวงจรอเนกประสงคที่ออกแบบมา เพื่อเนนไปที่การประยุกตใชงาน IOIO และ IOIO-Q ในงานหุนยนตกึ่งอัตโนมัติ ที่ติดตอกับอุปกรณแอนดรอยด มีกำรน�ำเสนอตัวอย่ำงกำรน�ำบอร์ด IOIO หรือ IOIO-Q มำใช้ท�ำโครง งำนหลำกหลำย หนึ่งในควำมสนใจคือ กำรน�ำไปใช้ในงำนควบคุมมอเตอร์ เพื่อน�ำไปประยุกต์เป็นหุ่นยนต์ที่ควบคุมด้วยสมำร์ตโฟนหรือแท็บเล็ตแอน ดรอยด์ นี่คือโครงงำนที่ช่วยให้ผู้สนใจงำนในลักษณะนี้ได้มีอุปกรณ์ที่ต่อยอด เป็นหุ่นยนต์ได้สะดวกมำกขึ้น
¤Ø³ÊÁºÑµÔ¢Í§ IOIO-RAB IOIO-RAB หรือ IOIO-Robotic Activity Board เป็นแผงวงจรทีไ่ ด้รบั กำร ออกแบบให้ใช้งำนร่วมกับบอร์ด IOIO หรือ IOIO-Q เพือ่ น�ำไปใช้ในงำนควบคุม หุน่ ยนต์ทสี่ อื่ สำรกับอุปกรณ์แอนดรอยด์ โดยมีคณ ุ สมบัตทิ นี่ ำ่ สนใจดังนี้ • มีซ็อกเก็ตส�ำหรับรองรับ IOIO และ IOIO-Q (ในที่นี้เน้นไปที่ IOIO-Q ที่ผลิตโดย inex) • มีจุดต่ออินพุตอะนำลอกส�ำหรับเชื่อมต่อกับตัวตรวจจับอะนำลอก 8 ช่อง โดย AN0 ถึง AN5 รองรับย่ำนแรงดัน 0 ถึง +3.3V ส่วน AN6 และ AN7 ใช้กับตัวตรวจจับอะนำลอกที่ต้องกำรไฟเลี้ยง +5V เช่น โมดูลวัดระยะทำง GP2D120 หรือ GP2Y0A21 • มีจุดต่อพอร์ตแบบ IDC ตัวเมียและตัวผู้ 18 ช่อง (พอร์ต 31 ถึง 48) เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์ภำยนอกและต่อวงจรกับเบรดบอร์ดหรือแผงต่อวงจร โดยใช้สำย AWG#22 หรือสำย IDC1MF ได้ • มีจุดต่อพอร์ตบัส I2C ส�ำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ระบบบัส I2C (จุดต่อมี ไฟเลี้ยง +3.3V พร้อมใช้งำน) • มีจุดต่อไฟเลี้ยง +5V ส�ำหรับวงจรภำยนอก ส่วนไฟเลี้ยง +3.3V ให้ ใช้จำกจุดต่อบนบอร์ด IOIO-Q
• มีล�ำโพงเปยโซในตัว (ต่อกับพอร์ต 27) • มีจุดต่อขับเซอร์โวมอเตอร์ 4 ช่อง (พอร์ต 45 ถึง 48) • ขับมอเตอร์ไฟตรง 6 ช่อง โดยใช้มินิบอร์ด mini-TB6612 จ�ำนวน 3 บอร์ด พร้อมไฟแสดงผล • มีวงจรแจ้งเตือนแบตเตอรี่หรือไฟเลี้ยงต�่ำด้วย LED • รับแรงดันไฟเลี้ยงจำกภำยนอกได้ตั้งแต่ +6.5 ถึง +12V • มีจุดต่อแบตเตอรี่ 2 แบบคือ แบบเทอร์มินอลบล็อก 2 ขำส�ำหรับต่อ เข้ำกับสำยไฟเลี้ยงจำกกะบะถ่ำนมำตรฐำน และจุดต่อแบบ DIN ส�ำหรับ ต่อกับแบตเตอรี่ชนิดลิเธียมโพลีเมอร์ (Li-PO) แนะน�ำให้ใช้ขนำด 2 เซล (+7.4V) กระแสไฟฟำ 1000mA ขึ้นไป • มีวงจรควบคุมไฟเลี้ยงคงที่ +6V จ�ำนวน 2 ชุดส�ำหรับเซอร์โวมอเตอร์ และบอร์ด IOIO-Q • ขนำด 3 x 4 นิ้วโดยประมำณ
ǧ¨ÃáÅСÒ÷ํÒ§Ò¹ รูปที่ 1 แสดงวงจรสมบูรณ์ของแผงวงจร IOIO-Robotic Activity Board หรือ IOIO-RAB จะเห็นว่ำ ไม่ซับซ้อน มี IC2 และ IC3 ท�ำหน้ำที่ ควบคุมแรงดันคงที่ +6V 2 ชุดแยกกัน ชุดหนี่งส�ำหรับเลี้ยงเซอร์โวมอเตอร์ ที่จุดต่อเซอร์โวมอเตอร์ K7 ถึง K10 อีกชุดหนึ่งส�ำหรับบอร์ด IOIO-Q โดย บนบอร์ด IOIO-Q ก็มีวงจรควบคุมไฟเลี้ยงคงที่ +5V และ +3.3V ในตัว ซึ่งมี กำรต่อออกมำใช้งำนด้วย The Prototype Electronics
19
รูปที่ 1 วงจรของ IOIO-Robotic Activity Board ส�ำหรับไฟเลี้ยงเซอร์โวมอเตอร์จะมีการต่อตัวเก็บประจุ C2 ถึง C4 ค่า 470mF คร่อมไฟเลี้ยงเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการขับเซอร์โวมอเตอร์ ของ IOIO-Q การตรวจจั บ แรงดั น ไฟเลี้ ย งต�่ ำ ซึ่ ง จะมี ป ระโยชน์ ม ากในกรณี ที่ ใ ช้ แบตเตอรี่เป็นแหล่งจ่ายไฟ เลือกใช้ IC1 เบอร์ KIA7035 หากแรงดันต�่ำกว่า +3.5V มันจะท�ำงานท�ำให้ LED1 ติดสว่างเป็นการแจ้งเตือน ขาพอร์ต 31 ถึง 38 หรือ AN5 ถึง AN0 กับ AN6 และ AN7 ถูกต่อเข้า กับ K10 ถึง K17 (เรียงล�ำดับตามในวงจร) เพื่อเชื่อมต่อกับโมดูลตัวตรวจจับ 20
The Prototype Electronics
อะนาลอกภายนอกที่ใช้จุดต่อแบบคอนเน็กเตอร์ JST 3 ขา โดยจุดต่อ AN0 ถึง AN5 จะพ่วงไฟเลี้ยง +3.3V เพื่อเลี้ยงตัวตรวจจับ ส่วนจุดต่อ AN6 และ AN7 ต่อพ่วงไฟเลี้ยง +5V เพื่อใช้งานกับตัวตรวจจับอะนาลอกที่ต้องการไฟ เลี้ยง +5V อาทิ โมดูลวัดระยะทางด้วยแสงอินฟราเรดเบอร์ GP2D120 หรือ GP2Y0A21 เป็นต้น ขาพอร์ตที่ใช้ขับเซอร์โวมอเตอร์คือ 45 ถึง 48 โดยก�ำหนดเป็นจุดต่อ SERVO1 ถึง SERVO4 ตามล�ำดับ
ส่วนกำรขับมอเตอร์ไฟตรงนั้น ใช้ขำพอร์ต 1 ถึง 6 ส�ำหรับวงจรขับ มอเตอร์ 2 ช่องแรก และขำพอร์ต 8 ถึง 19 ส�ำหรับขับมอเตอร์อีก 4 ช่อง โดย เชื่อมต่อกับมินิบอร์ด mini-TB6612 จ�ำนวน 3 วงจร แต่ละวงจรขับมอเตอร์ ไฟตรงได้ 2 ตัว กำรจัดสรรขำพอร์ตเพื่อขับมอเตอร์ 6 ช่องแสดงในตำรำง ที่ 1 โดยมี LED2 ถึง LED7 แสดงสถำนะกำรท�ำงำน ส่วนไฟเลี้ยงมอเตอร์ (+Vm) ได้มำจำกไฟเลี้ยงหลักของวงจรผ่ำนกำรตัดต่อด้วยสวิตช์ SW1
ตารางที่ 1 การจัดสรรขาพอรตของ IOIO-Q เพื่อใชในการขับมอเตอร ไฟตรงดวย mini-TB6612 ที่ขำพอร์ต 25 (SCL) และ 26 (SDA) ต่อเข้ำกับจุดต่อ I2C เพื่อเชื่อม ต่อกับอุปกรณ์ระบบบัส I2C เพื่อเพิ่มขีดควำมสำมำรถในกำรท�ำงำนของ IOIO-Q และบอร์ด IOIO-RAB ส่วนขำพอร์ต 27 ต่อเข้ำกับล�ำโพงเปยโซ SP1 โดยมี C7 ท�ำหน้ำที่ ถ่ำยทอดสัญญำณเสียงออกไปขับ SP1
¡ÒÃÊÌҧ
รูปที่ 3 ลายทองแดงขนาดเทาแบบของแผนวงจรพิมพของ IOIO-RAB 4.1
4.2
เริ่มจำกจัดหำอุปกรณ์ตำมรำยกำรอุปกรณ์ รวมถึงบอร์ด IOIO-Q และมินิบอร์ด mini-TB6612 อุปกรณ์ที่ต้องหำมำแบบต้องซื้อเป็นคู่แต่ใช้ตัว เดียวนั่นคือ ขั้วต่อแบบดีน (Dean) ซึ่งเป็นขั้วต่อแบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์ หำซื้อได้จำกร้ำนขำยอะไหล่รถหรือเครื่องบินบังตับวิทยุ ซึ่งปกติจะขำยเป็น คู่ตัวผู้ตัวเมียดังรูปที่ 2 ส�ำหรับบอร์ด IOIO-RAB จะใช้เฉพำะตัวผู้เท่ำนั้น
รูปที่ 4 แสดงจุดบัดกรีที่ตองทําเปนชองสี่เหลี่ยมเพื่อติดตั้งคอนเน็กเตอร Dean และสวิตชเปดปด
รูปที่ 2 หนาตาของอุปกรณสําคัญที่ตองใชกับแผงวงจร IOIO-RAB จำกนั้นจัดท�ำหรือจัดหำแผ่นวงจรพิมพ์ซึ่งมีแบบขนำดเท่ำจริงแสดง ในรูปที่ 3 รูเจำะส�ำหรับติดตั้งคอนเน็กเตอร์ Dean และสวิตช์เปดปด (มีหน้ำ ตำแสดงในรูปที่ 2) จะต้องท�ำเป็นช่องสี่เหลี่ยมเพื่อให้เสียบลงไปได้ง่ำยและ บัดกรีได้อย่ำงแน่นหนำ ดังรูปที่ 4
ส่วนแบบกำรบัดกรีเพื่อลงอุปกรณ์แสดงในรูปที่ 5 แนะน�ำให้บัดกรี ลวดจั๊มปซึ่งได้มำจำกเศษขำอุปกรณ์เป็นล�ำดับแรก (ต�ำแหน่งของลวดจั๊มป แสดงด้วยเส้นสีเขียว) ตำมด้วยตัวต้ำนทำน, LED, คอนเน็กเตอร์, ตัวเก็บ ประจุ, ไอซี ตำมล�ำดับควำมสูง ส�ำหรับ IC2 และ IC3 ต้องเจำะรูส�ำหรับติด ตั้งและบัดกรีให้ใหญ่พอ เพื่อเสียบIC2 และ IC3 ให้ชิดกับแผ่นวงจรพิมพ์ เพื่อปองกันกำรโยกคลอน ดังรูปที่ 6 จำกนั้นท�ำกำรบัดกรีสำยไฟเพื่อเชื่อมต่อไฟเลี้ยง โดยบัดกรีที่ด้ำนล่ำง ของแผ่นวงจรพิมพ์ มีกำรแสดงต�ำแหน่งด้วยเส้นสีแดงในรูปที่ 5 ในรูปที่ 7 แสดงแผ่นวงจรพิมพ์ด้ำนล่ำงที่บัดกรีสำยไฟเชื่อมต่อทั้ง 2 เส้นแล้ว
The Prototype Electronics
21
รูปที่ 5 แบบการลงอุปกรณของบอรด IOIO-RAB
6.1
6.2
รูปที่ 7 แสดงสายไฟที่บัดกรีเพื่อเชื่อมตอจุดจายไฟเลี้ยงของแผนวงจร พิมพของบอรด IOIO-RAB เมื่อบัดกรีติดตั้งอุปกรณ์เสร็จสิ้นทั้งหมด ให้น�ำมินิบอร์ด mini-TB6612 มำเสียบลงบนคอนเน็กเตอร์ IDC ตัวเมีย โดยหันด้ำนตัวเก็บประจุของมินิ บอร์ด mini-TB6612 ลงตำมแนวของแผ่นวงจรพิมพ์ ดังแสดงในรูปที่ 8 รูปที่ 6 แสดงตัวอยางการติดตั้ง IC2 และ IC3 ใหชิดกับแผนวงจรพิมพ 22
The Prototype Electronics
รายการอุปกรณ ตัวตานทาน 1/8W 5% หรือ 1% R1 - 1kΩ R2 - 1.5kΩ R3 - 330Ω R4, R5 - 4.7kΩ R6 ถึง R11 - 1kΩ 0Ω 0Ω 1/4W ตัวเก็บประจุ C1, C6, C8 - 0.1mF 63V โพลีเอสเตอร์ C2 ถึง C4, 470mF 16V อิเล็กทรอไลต์ C5 - 47mF 16V อิเล็กทรอไลต์ C7 - 10mF 16V อิเล็กทรอไลต์ รูปที่ 8 แสดงการติดตั้งมินิบอรด mini-TB6612 เขากับบอรด IOIO-RAB จำกนั้นทดลองจ่ำยไฟ แล้ววัดแรงดันตำมจุดต่ำงๆ ที่ส�ำคัญ เช่น ขำ + ของจุดต่อเซอร์โวมอเตอร์ต้องได้ประมำณ +6V, ขำแรงดันไฟเลี้ยง +3.3V ที่จุดต่อ AN0 ถึง AN5 (ขำล่ำงสุด หำกหันหน้ำบอร์ดเข้ำหำตัวผู้ สร้ำง) รวมถึงที่ซ็อกเก็ต IDC ส�ำหรับติดตั้งบอร์ด IOIO-Q ด้วย, ขำแรงดัน ไฟเลี้ยง +5V ที่จุดต่อ AN6 และ AN7 (ขำล่ำงสุด หำกหันหน้ำบอร์ดเข้ำหำ ตัวผู้สร้ำง) ลองน�ำมือไปอังมินิบอร์ด mini-TB6612 จะต้องไม่รู้สึกว่ำร้อน หำกได้ตำมนี้ แสดงว่ำ บอร์ด IOIO-RAB พร้อมส�ำหรับกำรใช้งำนในเบื้อง ต้นแล้ว
¡ÒÃ㪌§Ò¹ºÍà ´ IOIO-RAB ในกำรใช้งำนจริง ต้องน�ำบอร์ด IOIO-Q มำติดตั้งลงบนบอร์ด IOIORAB เชื่อมต่อมอเตอร์ไฟตรง แล้วเชื่อมต่อกับอุปกรณ์แอนด์ดรอยด์ผ่ำน บลูทูธ ส่วนโค้ ด กำรควบคุ ม อย่ ำ งสมบู ร ณ์ แ บบ ดู เพิ่ มเติ มในโครงงำน IOIO-BOT ในวำรสำร TPE ฉบับเดียวกันนี้ เมื่อมี IOIO-RAB เจา IOIO-Q ก็พรอมสําหรับการใชงานในโหมด หุนยนตบังคับหรือควบคุมการทํางานแบบไรสายผานบลูทูธกับอุปกรณ แอนดรอยด
www.tpemagazine.com
2 ตัว 6 ตัว 9 ตัว 5 ตัว
3 ตัว 3 ตัว
6 ตัว
2 ตัว
อุปกรณสารกึ่งตัวนํา LED1 - LED 3 มม. สีเหลือง LED2 ถึง LED7 - LED 2 สี (แดง/เขียว) 3 มม. IC1 - ไอซี KIA7035 IC2 และ IC3 - ไอซี KIA278R06
อื่นๆ K1 - เทอร์มินอลบล็อก 2 ขำ เบอร์ DT-126 K2 - คอนเน็กเตอร์แบบ Dean ส�ำหรับต่อกับแบตเตอรี่ LiPO K3 - คอนเน็กเตอร์ IDC 22 ขำ ตัวผู้ แถวเดี่ยว ขำตรง (1 ตัว), คอนเน็ก เตอร์ IDC 22 ขำ ตัวเมีย แถวเดี่ยว ขำตรง (1 ตัว), คอนเน็กเตอร์ IDC 22 ขำ ตัวเมีย รูกลม แถวเดี่ยว ขำตรง (1 ตัว) K4 - คอนเน็กเตอร์ IDC 10 ขำ ตัวเมีย รูกลม แถวเดี่ยว ขำตรง K5 - คอนเน็กเตอร์ IDC 22 ขำ ตัวเมีย รูกลม แถวเดี่ยว ขำตรง K6 ถึง K9 - คอนเน็กเตอร์ IDC 3 ขำ ตัวผู้ แถวเดี่ยว ขำตรง 4 ตัว K10 ถึง K19 - คอนเน็กเตอร์ JST 2 มม. 3 ขำ ตัวผู้ ขำตรง ลงแผ่นวงจรพิมพ์ 10 ตัว K20 ถึง K25 - คอนเน็กเตอร์ IDC 2 ขำ ตัวผู้ แถวเดี่ยว ขำตรง 6 ตัว SP1 - ล�ำโพงเปยโซ SW1 - สวิตช์เปดปดแบบหลังเต่ำ ขนำดเล็ก MOD1 ถึง MOD3 - มินิบอร์ด mini-TB6612 3 แผง คอนเน็กเตอร์ IDC 8 ขำ ตัวเมีย แถวเดี่ยว ขำตรง (6 ตัว), แผ่นวงจรพิมพ์, สำยไฟอ่อนเบอร์ AWG22 0.5 เมตร, ลวดจั๊มปที่ดัดแปลงจำกเศษขำ อุปกรณ์ หมายเหตุ - คอนเน็กเตอร์ IDC ตัวผู้ แถวเดี่ยว ขำตรงทั้งหมด ได้มำจำกกำรตัดแบ่ง คอนเน็กเตอร์ IDC 40 ขำ ตัวผู้ แถวเดี่ยว ขำตรง ดังนั้นแนะน�ำให้จัดซื้อ ขนำด 40 ขำนี้จ�ำนวน 3 ตัว (เผื่อตัดเสีย) - คอนเน็กเตอร์ IDC ตัวเมีย ทั้งแบบปกติและแบบรูกลม ขนำด 22 ขำ และ 10 ขำ, คอนเน็กเตอร์ K2, สวิตช์ SW1, มินิบอร์ด MOD1 ถึง MOD3 ดูที่ หน้ำ TPE shop - IC1 ถึง IC3 ติดต่ออีเลคทรอนิคส์ ซอร์ซ บ้ำนหม้อ โทรศัพท์ 0-26239460 (www.es.co.th) The Prototype Electronics
23