IPST-MicroBOX Secondary Education Standard 3 set

 

 7

 

 

   IPST-MicroBOX (SE) เปนชุดแผงวงจรอเนกประสงคทีใช ่ อุปกรณควบคุมแบบโปรแกรมได ขนาดเล็กทีเรี่ ยกวา “ไมโครคอนโทรลเลอร” (microcontroller) ทํางานรวมกับวงจรเชือมต ่ อคอมพิวเตอร เพือการโปรแกรมและสื ่ อสารข ่ อมูล โดยในชุดประกอบดวย แผงวงจรควบคุมหลัก IPST-SE ซึงมี ่ ไมโคร คอนโทรลเลอรเปนอุปกรณหลัก, กลุมของแผงวงจรอุ  ปกรณแสดงผลการทํางานหรืออุปกรณเอาตพุต อาทิ แผงวงจรแสดงผลดวยไดโอดเปลงแสง 8 ดวง และแผงวงจรแสดงผลดวยไดโอดเปลงแสงแบบตัวเดียว ่ รวมถึงแผงวงจรอุปกรณตรวจจับสัญญาณหรือเซนเซอร (sensor)ซึงมี ่ ดวยกันหลากหลายรูปแบบ จึงทําให ผูใช  งานสามารถนําชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX(SE) นีมาใช ้ ในการเรียนรู, ทดลองและพัฒนา โครงงานทางวิทยาศาสตรทีเกี ่ ยวข ่ องกับระบบควบคุมอัตโนมัติไดอยางสะดวกและมีประสิทธิภาพสูง IPST-MicroBOX (SE) เริ่มตนมีดวยกัน 2 รุนคือ รุนมาตรฐาน 1 และ 2 ตอมาไดมีการพัฒนา โดยบรรจุอุปกรณตัวตรวจจับและอุปกรณแสดงการทํางานหรืออุปกรณเอาตพุตเพิมเติ ่ ม กลายมาเปน รุนมาตรฐาน 3 ดังมีรายละเอียดขั้นตนตอไปนี้ 1. รุนมาตรฐาน  1 ในชุดนี้ประกอบดวย แผงวงจรควบคุมหลัก IPST-SE เปนอุปกรณหลักที่มี โมดูลแสดงผลกราฟก LCD สีในตัว, แผงวงจร LED, แผงวงจรลําโพง, แผงวงจรตรวจจับสัญญาณ หรือเซนเซอร (sensor) พื้นฐาน, และเครื่องจายไฟ ทําใหนําชุด IPST-MicroBOX (SE) นี้ไปใชในการ เรียนรูและเขี  ยนโปรแกรมเพือพั ่ ฒนาเปนโครงงานทางวิทยาศาสตรทีมี่ การควบคุมดวยระบบอัตโนมัติ โดยใชโปรแกรมภาษา C/C++ ในเบื้องตนไดภายใตงบประมาณทีเหมาะสม ่ 2. รุนมาตรฐาน 2 ในชุดประกอบดวยอุปกรณหลักเหมือนกับชุด IPST-MicroBOX (SE) รุน มาตรฐาน 1 มีการเพิ่มตัวตรวจจับแสงสะทอนอินฟราเรดอีก 2 ตัว, มอเตอรไฟตรงพรอมชุดเฟองขับ และชินส ้ วนทางกลที่จําเปน เพื่อใหตอยอดการเรียนการสอนและการใชงาน IPST-MicroBOX (SE) นี้ไปสรางเปนหุนยนต  อัตโนมัติแบบโปรแกรมได ทังยั ้ งรองรับกิจกรรมการแขงขันไดเปนอยางดี

8  

 

3. รุนมาตรฐาน  3 ประกอบดวย อุปกรณหลักเหมือนกับชุด IPST-MicroBOX (SE) รุนมาตรฐาน  2 มีการเพิมตั ่ วตรวจจับอีกหลายรายการ อาทิ ตัวตรวจจับและวัดระยะทาง, ตัวตรวจจับแสงอินฟราเรด, ตัวตรวจจับสัญญาณรีโมตคอนโทรล และแผงวงจรตรวจจับเสียง นอกจากนัน้ ยังเพิมแผงวงจรแสดงการ ่ ทํางานและขับโหลดกระแสไฟฟาสูง อาทิ แผงวงจรแสดงผลตัวเลข 7 สวน 4 หลัก, แผงวงจรขับแสงอิน ฟราเรด และแผงวงจรขับรีเลย 4 ชอง จึงทําใหผูใช  งานตอยอดการนําชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX SE นี้ไปทําโครงงานวิทยาศาสตรประยุกตไดหลากหลายเพิ่มมากขึ้น สอดคลองกับแนวคิดการเรียน การสอนสมัยใหมที่อางอิงกับ STEM ศึกษาไดเปนอยางดีและมีประสิทธิภาพ

1.1 รายการอุปกรณของชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX (SE) รุนมาตรฐาน  1 ประกอบดวย 1. แผงวงจรควบคุมหลัก IPST-SE 2. แผงวงจร LED เดียวพร ่ อมสายสัญญาณ 3 ชุด 3. แผงวงจร LED 8 ดวงพรอมสายสัญญาณ 4. แผงวงจรลําโพงเปยโซพรอมสายสัญญาณ 5. แผงวงจรสวิตชพรอมสายสัญญาณ 2 ชุด 6. แผงวงจรตรวจจับแสงพรอมสายสัญญาณ 7. แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดพรอมสายสัญญาณ 2 ชุด 8. ไอซีวัดอุณหภูมิพรอมสายตอ 9. อะแดปเตอรไฟตรง +9V 1A 10. สายเชือมต ่ อ USB-miniB 11. ซีดีรอม 12. คูมือการทดลอง 13. กลองบรรจุ 14. ไขควง

 

 9

รุนมาตรฐาน  2 ประกอบดวย รายการที่ 1 ถึง 13 ของรุนมาตรฐาน  1 และอุปกรณเพิมเติ ่ มดังนี้ 14. แผงวงจรตรวจจับแสงสะทอนอินฟราเรดพรอมสายสัญญาณ 2 ชุด 15. มอเตอรไฟตรงพรอมชุดเฟองขับรุน BO2 อัตราทด 48:1 พรอมสายเชือมต ่ อ 2 ตัว 16. ลอพลาสติกกลมสําหรับชุดเฟองขับมอเตอรและยาง จํานวน 2 ชุด 17. แผนกริดขนาด 80 x 60 เซนติเมตรและ 80 x 80 เซนติเมตร จํานวน 2 ชุด 18. แผนฐานกลมพรอมลออิสระ 1 แผน 19. แผนฐานกลมสําหรับทําโครงหุนยนต  1 แผน 20. ชินต ้ อ/แทงตอพลาสติกและเสารองพลาสติก 21. ชุดเสารองโลหะ, นอตและสกรู 22. กะบะถาน AA 6 กอน พรอมสายและหัวตอปองกันการกลับขัวสํ ้ าหรับตอกับแผงวงจรหลัก 23. แผนทดสอบการเคลื่อนที่ตามเสนของหุนยนต

10  

 

รุนมาตรฐาน  3 ประกอบดวย รายการที่ 1 ถึง 23 ของรุนมาตรฐาน  1 และ 2 มีอุปกรณเพิมเติ ่ ม ดังนี้ 24. แผงวงจร LED ตัวเลข 7 สวน 4 หลักพรอมสายสัญญาณ 25. แผงวงจร LED อินฟราเรดพรอมสายสัญญาณ 2 ชุด 26. แผงวงจรขับรีเลย 4 ชองพรอมสายสัญญาณ 4 เสน 27. แผงวงจรโฟโตทรานซิสเตอรสําหรับตรวจจับแสงอินฟราเรดพรอมสายสัญญาณ 2 ชุด 28. แผงวงจรตรวจจับเสียงพรอมสายสัญญาณ 29. แผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz พรอมสายสัญญาณ 30. โมดูลตรวจจับและวัดระยะทางดวยแสงอินฟราเรดพรอมสายสัญญาณ 31. รีโมตคอนโทรลอินฟราเรดทีใช ่ รหัสขอมูลในรูปแบบของโซนี่ 32. อะแดปเตอรไฟตรง +12V 1A สําหรับแผงวงจรขับรีเลย

 

 11

1.2 คุณสมบัติของแผงวงจรหลัก IPST-SE มีหนาตาของแผงวงจรแสดงในรูปที่ 1-1 สวนรูปที่ 1-2 แสดงรายละเอียดที่สําคัญของแผงวงจร IPST-SE ที่ควรทราบเพื่อใชประโยชนในการอางถึงเมื่อทําการทดลอง สวนคุณสมบัติโดยสรุปของ IPST-SE เปนดังนี้  ใชไมโครคอนโทรลเลอร 8 บิตเบอร ATmega644P ของ Atmel รองรับโปรแกรมควบคุมที่ พัฒนาจากภาษาแอสเซมบลี, เบสิก และ C โดยในที่นี้จะเนนไปที่โปรแกรมภาษา C/C++ โดยภายใน มีโมดูลแปลงสัญญาณอะนาลอกเปนดิจิตอล ความละเอียด 10 บิต ใหคาของขอมูลในชวง 0 ถึง 1,023 จึงนํามาตอกับแผงวงจรตรวจจับทีให ่ ผลการทํางานเปนแรงดันไฟฟาไดงาย มีหนวยความจําโปรแกรม แบบแฟลชมากถึง 64 กิโลไบต โปรแกรมใหมได 10,000 ครั้ง มีหนวยความจําขอมูลอีอีพรอม 512 ไบต และหนวยความจําขอมูลแรม 1 กิโลไบต  สัญญาณนาฬิกาหลัก 16MHz จากคริสตอล  มีจุดตอพอรต USB  มีสวิตช RESET

สําหรับดาวนโหลดโปรแกรมและสื่อสารขอมูลกับคอมพิวเตอร

การทํางาน

 มีจุดตอพอรตแบบ 3 ขา (ขาไฟเลี้ยง, สัญญาณ และกราวด) จํานวน 20 จุด แบงเปนขาพอรต

ดิจิตอล 13 จุด (ขาพอรตหมายเลข 2, 3, 8, 9, 12 ถึง 20) และขาพอรตแบบดิจิตอลหรืออะนาลอก (กําหนดได) 7 จุด (หากใชเปนขาอินพุตอะนาลอกเปนขา A0 ถึง A6 และถาใชเปนขาพอรตดิจิตอล เปนขาพอรตหมายเลข 24 ถึง 30)

รูปที่ 1-1 แผงวงจรหลัก IPST-SE มีจอแสดงผล กราฟกสีความละเอียด 128 x 160 จุด แสดงตัวอักษรขนาดมาตรฐานไดมากถึง 21 ตัวอักษร 16 บรรทัด อัปโหลดโปรแกรมผาน พอรต USB

 

24 A0

19

17

    

18

16 20

    USB  D   000000000000000000000  0 0 000000000000 000000 0 000000000000000000000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 000000000 000000000000000000000 000000000000000000000  0  0 0 0 0 0 0 0 0 00000000000 0  000000000000000000000  000 0 0 0 0000 0 0 0 0 0 000000  000000000000000000000  000000000000000000000  0 0 000 0 0 0 0 0000 00 0000 00 KNOB 000000000000000000000  0 0 0 0 0 0000000000000000 000000000000000000000 OK  000000000000000000000  SW1 28 A4 25 A1

29 A5 26 A2

30 A6 27 A3

รูปที่ 1-2 แสดงสวนประกอบทีควรทราบของแผงวงจรหลั ่ ก IPST-SE RESET

+5

LOW

1

2

SERVO

      

2 RxD1 3 TxD1

UART1

 

G 6V 12 G 6V 13 G 6V 14 G 6V 15

ON

    



  

DC MOTOR

8 SCL 9 SDA

   

15 SV0 14 SV1 13 SV2 12 SV3

12  

 

 

 13

่  มีจุดตอระบบบัส 2 สาย (I2C) เพือขยายระบบ มีจุดตอสําหรั บสื่อสารขอมูลอนุกรมหรือ UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) เพื่อขยายระบบ 

้ าน +6.5 ถึง +12V กระแสไฟฟา 1,500mA กรณีตอใชงานมอเตอรไฟตรงและ  ใชไฟเลียงในย เซอรโวมอเตอรรวมดวย หรือ 500mA กรณีไมใชงานมอเตอร บนแผงวงจรหลัก IPST-SE มีวงจร ควบคุมแรงดันคงที่ +5V จึงนําไปจายใหกับแผงวงจรตอพวงอืนๆ ่ รวมทังแผงวงจรตั ้ วตรวจจับดวย  มีจุดตอไฟเลียง ้ (DC INPUT) ผานทางจุดตอแบบหัวเสียบปองกันการตอกลับขัวและแจ ้ กอะ

แดปเตอร รับไฟเลียงได ้ ตังแต ้ 7.2V ถึง +12V โดยมีสวิตชเปด-ปดเพือตั ่ ดตอไฟเลียงแก ้ แผงวงจร พรอม ไฟแสดงสถานะไฟเลียง ้ +5V และมีวงจรแจงสถานะแบตเตอรีอ่ อน (LOW) ดวย LED สีเหลืองในกรณี ที่ใชแหลงจายไฟเปนแบตเตอรี่ โดยกําหนดระดับแรงดันไวที่ +7V  มีวงจรควบคุมไฟเลี้ยงคงที่ +5V

2A แบบสวิตชิงสํ ่ าหรับรักษาระดับไฟเลี้ยงใหแกไมโคร

คอนโทรลเลอร  มีวงจรขับมอเตอรไฟตรง 2 ชอง พรอมไฟแสดงผล  มีจุดตอขาพอรตของไมโครคอนโทรลเลอรสําหรับขับเซอรโวมอเตอร 4 ชองคือ จุดตอ 15,

14, 13 และ 12 (เรียงตามลําดับ SERVO0, SERVO1, SERVO2 และ SERVO3)  มีโมดูลแสดงผลแบบกราฟกสี ความละเอียด 128 x 160 จุด แสดงภาพกราฟกลายเสน และ

พื้นสี (ไมรองรับไฟลรูปภาพใดๆ) พรอมไฟสองหลัง แสดงผลเปนตัวอักษรขนาดปกติ (5x7 จุด) ได 21 ตัวอักษร 16 บรรทัด (21 x 16)  มีสวิตชกดติดปลอยดับใชงานอิสระ 1 ตัว คือ SW1 ซึ่งตอกับขาพอรตหมายเลข 22

่ สวิตช OK ซึ่งตอรวมกับตัวตานทานปรับคาไดชือ่ KNOB  มีสวิตชกดติดปลอยดับชือ

ซึ่ง เชื่อมตอไปยังขาพอรตดิจิตอลหมายเลข 31 (หรืออินพุตอะนาลอก A7) ทําใหอานคาสัญญาณดิจิตอล และอะนาลอกไดในขาพอรตเดียวกัน  มีจุดตอ ISP สําหรับอัปเกรดหรือกูเฟรมแวร โดยใชชุดโปรแกรมแบบ ISP เพิ่มเติม (แนะ

นําเครื่องโปรแกรม AVR-ISP mark II ของ Atmel)

14  

 

1.3 คุณสมบัติของชุดอุปกรณเอาตพุต 1.3.1 แผงวงจรไฟแสดงผล : ZX-LED (มีในชุดมาตรฐาน 1 ถึง 3) ใช LED ขนาด 8 มิลลิเมตร ตองการลอจิก “1” ในการขับใหสวาง มีวงจรแสดงในรูปที่ 1-3

LED1 R1 (Default = 510)

S

+

Q1 KRC102 (DTC114)

รูปที่ 1-3 รูปรางและวงจรของแผงวงจรไฟแสดงผล ZX-LED ทีใช ่ ในชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX(SE)

1.3.2 แผงวงจรไฟแสดงผล 8 ดวง : ZX-LED8 (มีในชุดมาตรฐาน 1 ถึง 3) เปนแผงวงจรทีมี่ LED ขนาด 3 มิลลิเมตรสําหรับแสดงผล 8 ดวง พรอมจุดตอพวงเอาตพุตเพือ่ นําไปใชในการขับรีเลยไดดวย โดยแผงวงจร ZX-LED8 นี้จะตอเขากับขาพอรตใดของแผงวงจร IPSTSE ก็ได โดยใชขาพอรตเพียงขาเดียวในการควบคุมและขับ LED ใหติดดับตามทีต่ องการไดพรอมกัน ถึง 8 ดวง มีหนาตาของแผงวงจรแสดงในรูปที่ 1-4 ในแผงวงจร ZX-LED8 ใชการติดตอกับ แผงวงจรหลัก IPST-SE ในแบบอนุกรม รวมกับ คําสังทางซอฟต ่ แวร ผูพั ฒนาโปรแกรมสามารถ เขียนโปรแกรมให ZX-LED8 ติดดับไดตังแต ้ 1 ถึง 8 ตัว หรือจะเขียนโปรแกรมใหทํางานเปน ไฟวิ่งไดตังแต ้ 1 ถึง 8 ดวงเชนกัน ที่ดานบนของแผงวงจร ZX-LED8 มีจุด ตอซึงต ่ อพวงมาจาก LED ทํางานที่ลอจิก “1” มี ระดับแรงดันไฟตรงขาออกประมาณ +5V จึงใช รูปที่ 1-4 รูปรางของแผงวงจรไฟแสดงผล ZX-LED ่ ในชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX(SE) สั ญญาณจากจุ ดนี้ ไปต อกั บวงจรขั บโหลด ทีใช กระแสไฟฟาสูง อาทิ แผงวงจรขับรีเลย ไดทันที โดยไมตองเขียนโปรแกรมควบคุมเพิมเติ ่ ม

 

 15

1.3.3 แผงวงจรลําโพงเปยโซ : ZX-SPEAKER (มีในชุดมาตรฐาน 1 ถึง 3)

K1 SOUND + S

C1 10/16V

มีวงจรและหนาตาของแผงวงจรแสดงในรูปที่ 1-5 คุณสมบัติทางเทคนิคที่สําคัญมีดังนี้ SP1 Piezo speaker

 ใชลําโพงเปยโซ มีอิมพีแดนซ 32  มีคาความถี่เรโซแนนซในยาน1 ถึง 3kHz

รูปที่ 1-5 วงจรของแผงวงจรลําโพงเปยโซ ZX-SPEAKER

1.3.4 แผงวงจร LED ตัวเลข 7 สวน 4 หลัก : DSP-4S (มีเฉพาะในชุดมาตรฐาน 3) มีหนาตาของแผงวงจรแสดงในรูปที่ 1-6 คุณสมบัติทางเทคนิคที่สําคัญมีดังนี้  ใชแสดงผลในรูปแบบของตัวเลข

4 หลัก, สัญลักษณ และเครื่องหมายวรรคตอน เชน โคลอน (สําหรับแสดงเวลา), ไฮเฟน (สําหรับแสดงคาของหนวยองศา)  ใช LED ตัวเลข 7 สวน 4 หลักแบบแคโทดรวม เลือกใหแสดงผลแยกเปนหลักหรือรวม

กันก็ไดดวยการเขียนคําสังสํ ่ าหรับควบคุมการทํางาน ่ ดตอกับแผงวงจรหลัก IPST-SE ในแบบอนุกรม  มีจุดตอขาพอรต 1 จุด เพือติ  เชื่อมตอกับแผงวงจรหลัก IPST-SE ไดพรอมกันสูงสุด 16 แผง

รูปที่ 1-6 รูปรางของ DSP-4S แผงวงจรแสดงผล LED ตัวเลข 7 สวน 4 หลัก

16  

 

1.3.5 แผงวงจร LED อินฟราเรด : ZX-IrLED (มีเฉพาะในชุดมาตรฐาน 3) ใช LED เปลงแสงอินฟราเรด 3 มม. มีวงจรและหนาตาของแผงวงจรแสดงในรูปที่ 1-7 ใชงาน ได 2 แบบคือ 1. สงแบบตอเนื่อง ทํางานเมื่อไดรับลอจิก "1" ใชกับแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดที่ ใชโฟโตทรานซิสเตอรเพื่อวัดระดับความเขมของแสงอินฟราเรดทีส่ งออกไป 2. สงแบบสัญญาณความถี่ โดยผสมสัญญาณพาหความถี่ 38kHz ในกรณีนีจะใช ้ งานรวม กับแผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz (ZX-IRM) เพื่อตรวจสอบการรับสัญญาณ

O

+

ZX-iR LED 150

S

Infrared LED

รูปที่ 1-7 รูปรางและวงจรของแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรดทีใช ่ ในชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX (SE) มาตรฐาน 3

1.3.6 แผงวงจรขับรีเลย 4 ชอง : Relay-4i (มีเฉพาะในชุดมาตรฐาน 3) มีวงจรและหนาตาของบอรดแสดงในรูปที่ 1-8 มีคุณสมบัติโดยสรุปดังนี้  ใชไอซีขับโหลดกระแสสูงเบอร ULN2003 บนบอรดจัดวงจรเพือขั ่ บรีเลย 12V 4 ชอง  ใชไฟเลี้ยง +12V แยกตางหาก

รั บสัญญาณลอจิก “1” จากไมโครคอนโทรลเลอรหรือวงจรขับจากภายนอกในการ กระตุนให  รีเลยทํางาน 

 มีไฟแสดงการทํางานของรีเลย  จุดตอหนาสัมผัสรีเลยเปนแบบขันสกรู ทําใหสามารถตอใชงานไดอยางสะดวก  อัตราทนไดของหนาสัมผัสรีเลย 220Vac 5A สามารถรองรับโหลดไดไมเกิน 300 วัตต

 17

 

+V

10 C1 0.1F/63V

IC1 ULN2003

LED4 RY4

1

IN4

OUT4

C NC

16 +12V

RY4 Relay 12V

LED3 RY3

NO C

R3 1.8k K3 RELAY-3

2

IN3

OUT3

NC

15 +12V

RY3 Relay 12V

LED2 RY2

NO C

R2 1.8k K2 RELAY-2

3

IN2

OUT3

NC

14 +12V

RY2 Relay 12V

LED1 RY1

NO C

R1 1.8k K1 RELAY-1

4

IN1

OUT4

GND

NO

R4 1.8k K4 RELAY-4

+12V

NC

13 RY1 Relay 12V

GND 8

จุดตอพอรตใดๆ ของ แผงวงจรหลัก IPST-SE

จุดตอไฟเลี้ยง +12V

LED แสดงการทํางานของ วงจรขับรีเลยแตละชอง

จุดตอหนาสัมผัสรีเลย (NO : ปกติเปดวงจร, NC : ปกติตอวงจร และ C : ขารวม) รวม 4 ชอง ตอไฟสลับ/ไฟตรงไดสูงสุด 220Vac 5A

รูปที่ 1-8 วงจรสมบูรณของแผงวงจรขับรีเลย 4 ชอง

18  

 

1.4 คุณสมบัติของชุดอุปกรณตรวจจับสัญญาณ 1.4.1 แผงวงจรสวิตช : ZX-SWITCH01

(มีในชุดมาตรฐาน 1 ถึง 3)

มีวงจรแสดงในรูปที่ 1-9 ประกอบดวยสวิตชพรอมไฟแสดงผล ใหเอาตพุตคือ หากมีการกดสวิตช จะสงลอจิก “0” (ระดับแรงดัน 0V) และไฟสีแดงติด ZX-SWITCH

LOW

เมื่อกดเปนลอจิก 1 และแสดงไฟเปนสีแดง

10k

510

S

LOW

S

HIGH

+

เมื่อกดเปนลอจิก 0 และแสดงไฟเปนสีเขียว

HIGH

SWITCH

D

+

D

R

G

Bi-color LED

รูปที่ 1-9 รูปรางและวงจรของแผงวงจรสวิตชทีใช ่ ในชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX (SE)

1.4.2 แผงวงจรตรวจจับแสง : ZX-LDR

(มีในชุดมาตรฐาน 1 ถึง 3)

ใชตรวจจับแสงสวาง เลือกเอาตพุตได 2 แบบคือ แรงดันเอาตพุตเพิม่ เมื่อแสงตกกระทบ

+

แรงดันเอาตพุตลดลง เมื่อแสงตกกระทบ มีวงจรและรูปรางของแผงวงจรแสดงในรูปที่ 1-10

+

LDR Light

+

A

เมื่อแสงมากขึ้น แรงดันที่ไดจะลดลง เมื่อแสงมากขึ้น แรงดันที่ไดจะมากขึ้น

ZX-LDR +

10k

S

+

A

+

LDR

S

+

รูปที่ 1-10 รูปรางและวงจรของแผงวงจรตรวจจับแสงทีใช ่ ในชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX (SE)

 19

1.4.3 แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบ แกนหมุน : ZX-POTV POTENTIOMETER

A

ZX-POTV S +

(มีในชุดมาตรฐาน 1 ถึง 3)

S

ใชกําหนดแรงดัน 0 ถึง +5V ตามการหมุน แกน นําไปใชวัดคามุมและระยะทางได มีเอาตพุต 2 แบบคือ แรงดันมากขึนเมื ้ อหมุ ่ นทวนเข็มนาฬิกา หรือ ตามเข็มนาฬิกา

10kB A

POTENTIOMETER

+

 

เมือ่ หมุนทวนเข็มนาฬิกา แรงดันที่ไดจะมากขึน้ เมือ่ หมุนตามเข็มนาฬิกา แรงดันที่ไดจะมากขึน้

มีวงจรและหนาตาของแผงวงจรแสดงใน รูปที่ 1-11 แสดงรูปราง, วงจร และการทํางาน รูปที่ 1-11 ของแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนหมุน

1.4.4 ไอซีวัดอุณหภูมิ MCP9701 (มีในชุดมาตรฐาน 1 ถึง 3) เปนอุปกรณตรวจจับและวัดอุณหภูมิทีให ่ ผลการทํางานเปนแรงดันไฟฟาแบบเชิงเสน รับรูการ  เปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในเวลาไมถึง 2 วินาที เชื่อมตอกับอินพุตอะนาลอก A0 ถึง A6 ของแผง วงจรหลัก IPST-SE ไดทันที ในรูปที่ 1-12 แสดงการจัดขาและกราฟคุณสมบัติของไอซีวัดอุณหภูมิเบอร MCP9701

รูปที่ 1-12 การจัดขาของ MCP9701, หนาตาเมือต ่ อสายสัญญาณพรอมใชงานและกราฟคุณสมบัติ

20  

 

คุณสมบัติทางเทคนิคของ MCP9701 ที่ควรทราบ  เปนไอซีวัดอุณหภูมิในกลุมเทอรมิสเตอรแบบแอกตีฟที่ใหผลการทํางานแบบเชิงเสน  ยานวัด -40 ถึง +125 องศาเซลเซียส  ผลการวัดอางอิงกับหนวยขององศาเซลเซียสโดยตรง  ความผิดพลาดเฉลี่ย 2 องศาเซลเซียส  ยานไฟเลี้ยง +3.1 ถึง +5.5V กินกระแสไฟฟาเพียง 6uA ใชแบตเตอรี่เปนแหลงจายไฟได  คาแรงดันเอาตพุต

500mV (ที่ 0๐C) ถึง 2.9375V (ที่ 125๐)

 คาแรงดันเอาตพุตตอการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 19.5mV/๐C ใชงานกับวงจรแปลงสัญญาณ

อะนาลอกเปนดิจิตอลความละเอียดตั้งแต 8 บิตได โดยมีความคลาดเคลื่อนตํา่  ไมตองการอุปกรณภายนอกตอเพิ่มเติมเพื่อชดเชยการทํางาน

1.4.5 แผงวงจรตรวจจับแสงสะทอนอินฟราเรด : ZX-03 (มีในชุดมาตรฐาน 2 และ 3) มีวงจรและหนาตาของแผงวงจรแสดงในรูปที่ 1-13 เปนแผงวงจรที่ใชในการตรวจสอบการ สะทอนของแสงอินฟราเรดของตัวตรวจจับแสงสะทอนอินฟราเรดซึงรวมตั ่ วสงและตัวรับไวในตัวถัง เดียวกัน โดยตัวตรวจจับแสงสะทอนอินฟราเรดที่นํามาใชคือ TCRT5000 เมื่อจายไฟเลี้ยง LED อินฟราเรดภายในตัวโมดูล TCRT5000 จะเปลงแสงออกมาตลอดเวลา สวนตัวรับซึ่งเปนโฟโตทรานซิสเตอรจะไดรับแสงอินฟราเรดจากการสะทอนกลับ โดยปริมาณของ แสงที่ไดรับจะมากหรือนอยขึนอยู ้ กับวา มีวัตถุมากีดขวางหรือไม และวัตถุนันมี ้ ความสามารถในการ จุดตอสัญญาณ +V TCRT5000

OUT GND

10k

510

ตัวตรวจจับแสงสะทอนอินฟราเรด

รูปที1-13 ่ หนาตาและวงจรของแผงวงจรตรวจจับแสงสะทอนอินฟราเรดทีใช ่ ในชุด IPST-MicroBOX (SE) รุนมาตรฐาน 2 และ 3

 21

 

สะทอนแสงอินฟราเรดไดดีเพียงไร ซึ่งขึ้นกับลักษณะพื้นผิวและสีของวัตถุ โดยวัตถุสีขาวผิวเรียบจะ สะทอนแสงอินฟราเรดไดดี ทําใหตัวรับแสงอินฟราเรดไดรับแสงสะทอนมาก สงผลใหแรงดันทีเอาต ่ พุตของวงจรสูงตามไปดวย ในขณะที่วัตถุสีดําสะทอนแสงอินฟราเรดไดนอย ทําใหตัวรับอินฟราเรด สงแรงดันออกมาตํา่ ดวยคุณสมบัติดังกลาวจึงนิยมนําแผงวงจรตรวจจับแสงสะทอนอินฟราเรดนีมาใช ้ ในการตรวจจับพื้นหรือเสน โดยตองติดตังไว ้ ดานลางของโครงหุนยนต  เนืองจากแผงวงจรตรวจจั ่ บแสงสะทอนอินฟราเรด ZX-03 ใหผลการทํางานเปนแรงดันไฟตรง ดังนั้นในการใชงานกับแผงวงจรหลัก IPST-SE จึงตองตอเขากับชองอินพุตอะนาลอก (A0 ถึง A6) ของแผงวงจรหลัก จากนันใช ้ ความรูจากการอ  านคาสัญญาณอะนาลอก เพืออ ่ านคาจากแผงวงจรตรวจ จับแสงสะทอนอินฟราเรดนําไปสูการตรวจจั  บเสนตอไป

1.4.5 แผงวงจรตรวจจับเสียง : ZX-SOUND (มีในชุดมาตรฐาน 3) ใชตรวจจับการเปลียนแปลงระดั ่ บเสียง เชนเสียงปรบมือ เสียงพูด ใชงานเปนไดทังตั ้ วตรวจจับ ดิจิตอลและอะนาลอก กรณีทํางานกับอินพุตอะนาลอก (A1 ถึง A7) ของแผงวงจรหลัก IPST-SE ในภาวะปกติ แรงดันเอาตพุต 0V เมื่อมีเสียงเขามา แรงดันเปลี่ยนแปลงในชวงมากกวา 0V ถึง +5V แสดงวงจรและลักษณะของแผงวงจรในรูปที่ 1-14

R1 22k

C2 0.1uF/50V

3 R2 2 100k

+ IC1/1

R6 1k

1

R5 68k 6

8

+

5

IC1/2

-

-

4

R7 12R 7 C3 22uF +

MIC1

C1 470uF/16V

R4 R3 100k 1k

S

IC1 : TLC272

รูปที่ 1-14 วงจรสมบูรณของแผงวงจรตรวจจับเสียงและหนาตาของแผงวงจรทีใช ่ งานจริง

22  

 

A

ZX-PHOTO

10k + S

Photo transistor

รูปที่ 1-15 รูปรางและวงจรของแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดโดยใชโฟโตทรานซิสเตอรทีใช ่ ใน ชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX

1.4.6 แผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดโดยใชโฟโตทรานซิสเตอร : ZX-Photo Transistor (มีในชุดมาตรฐาน 3) มีวงจรและรูปรางของแผงวงจรแสดงในรูปที่ 1-15 ใชตรวจจับแสงทีมี่ ความยาวคลืนอยู ่ ในช  วงอินฟราเรด ซึงมี ่ คาระหวาง 1 ไมโครเมตร (m) ถึง 1 มิลลิเมตร (mm) ใชงานได 2 ลักษณะคือ 1. อานคาเปนระดับความเขมแสงแบบอะนาลอก โดยแรงดันเอาตพุตที่ไดจะลดลงเมื่อได รับแสงอินฟราเรดที่มีความเขมเพิ่มขึ้น (ถาเลือกการทํางานแบบนี้ใหตอสัญญาณเขากับจุดตอพอรต A1ถึง A7 ของแผงวงจรหลัก IPST-SE) 2. ตรวจสอบวาตรวจจับแสงอินฟราเรดไดหรือไม ใหเอาตพุตเปนสัญญาณดิจิตอลแบบ ลอจิก "0" เมื่อตรวจจับแสงอินฟราเรดได (ถาเลือกการทํางานแบบนี้ใหตอสัญญาณเขากับพอรตใด ก็ไดของแผงวงจรหลัก IPST-SE) ควรใชงานแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดตัวนีกั้ บแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด ZX-IrLED นอกจากนัน้ ยังใชแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดในการตรวจจับเปลวเทียนไดดวย เนืองจาก ่ เมื่อเทียนถูกจัด เกิดการเผาไหมไสเทียน ทําใหเกิดแสงสวาง และรังสีอินฟราเรดออกจากเปลวเทียน

 23

 

1.4.7 แผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz : ZX-IRM (มีในชุดมาตรฐาน 3) มีวงจรและหนาตาของบอรดแสดงในรูปที่ 1-16 ใชตรวจจับแสงอินฟราเรดทีผสมสั ่ ญญาณพาห ความถี่ 38 kHz ใหผลเปนลอจิก “1” เมื่อตรวจจับสัญญาณไมได ใหผลเปนลอจิก “0” เมื่อตรวจจับสัญญาณแสงได

D

INFRARED RECEIVER

38kHz OUT IRM GND

S

+

โมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz

ความไว (5dBตอชอง)

โดยปกติแลวโมดูลรับแสงอินฟราเรดทํางานไดดีที่สุดทีความถี ่ ่ 38.5kHz แตในความเปนจริง โมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz สามารถรับสัญญาณที่มีความถี่ใกลเคียงเขามาได แตการตอบสนอง หรือความไวจะลดลงอยางมาก จากกราฟคุณสมบัติในการทํางานของโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz ในรูปที่ 1-16 แสดงใหเห็นถึงความไวในการรับสัญญาณของโมดูลรับแสงอินฟราเรดที่ความถี่ตางๆ ที่ความถี่ 38.5kHz จะเปนจุดที่ใหความแรงของสัญญาณสูงสุด

+V 0.1/50V 18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58

ความถี่ (kHz)

รูปที่ 1-16 หนาตา, วงจร และกราฟคุณสมบัติในการทํางานของแผงวงจรโมดูลรับอินฟราเรด38kHz ทีใช ่ ในชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX (SE) รุนมาตรฐาน 3

1.4.8 รีโมตคอนโทรลอินฟราเรด (มีในชุดมาตรฐาน 3) เปนรีโมตคอนโทรลที่ใชรูปแบบขอมูลของ SONY ซึ่งเปนรหัสขอมูลแบบอนุกรมที่เรียกวา โปรโตคอล SIRCS (serial infrared remote control system) สําหรั บรี โมต คอนโทรลของโทรทัศนมีชือรหั ่ สคือ Sony D7C5 มีหนาตา แสดงในรูปที่ 1-17 ใชงานรวมกับ ZX-IRM แผงวงจรโมดูลรับ แสงอินฟราเรด 38kHz

รูปที่ 1-17 รีโมตคอนโทรลอินฟราเรด ทีใช ่ รหัสขอมูลของ SONY

24  

 

1.4.9 GP2Y0A41 หรือ GP2D120 โมดูลตรวจจับระยะทางแบบอินฟราเรด (มีในชุดมาตรฐาน 3) GPY0A41 (หรือ GP2D120) เปนโมดูลตรวจจับระยะทางแบบอินฟราเรดมีขาตอใชงาน 3 ขาคือ ขาตอไฟเลี้ยง (Vcc), ขากราวด (GND) และขาแรงดันเอาตพุต (Vout) การอานคาแรงดันจาก GP2D120 จะตองรอใหพนชวงเตรียมความพรอมของโมดูลกอน ซึ่งใชเวลาประมาณ 32.7-52.9 มิลลิ วินาที ดังนันในการอ ้ านคาแรงดันจึงควรรอใหพนชวงเวลาดังกลาวไปกอน ดังแสดงขอมูลเบืองต ้ นใน รูปที่ 1-18 คาแรงดันเอาตพุตของ GP2Y0A41 ที่ระยะทาง 30 เซนติเมตรที่ไฟเลี้ยง +5V อยูในชวง 0.25 ถึง 0.55V โดยคากลางคือ 0.4V ชวงของการเปลี่ยนแปลงแรงดันเอาตพุตที่ระยะทาง 4 เซนติเมตรคือ 2.25V 0.3V LED อินฟราเรดตัวสง

กราฟแสดงการทํางานของ GP2Y0A41

ตัวรับแสงอินฟราเรด

แรงดันเอาตพุต (V) 2.8

GP2Y0A41 GP2D120

2.4 Vout GND

Vcc

2.0 1.6

ไฟเลี้ยง

1.2 0.8

38.3ฑ9.6 มิลลิวินาที

0.4

การวัดระยะหาง แรงดันเอาตพุต

วัดครั้งที่ 1 ไมแนนอน

วัดครั้งที่ 2

วัดครั้งที่ n

เอาตพุตครั้งที่ 1 เอาตพุตครั้งที่ 2 5 มิลลิวินาที

0

เอาตพุตครั้งที่ n

0

4

8

12

16

20

24

28

32

ระยะหางจากวัตถุที่ตรวจจับ (cm)

* ใชกระดาษเทาขาวรุน R-27 ของ Kodak ซึ่ง ดานขาวมีอัตราการสะทอนแสง 90% เปน วัตถุสําหรับสะทอนแสงเพื่อวัดระยะทาง

รูปที่ 1-18 แสดงรูปราง การจัดขา ไดอะแกรมเวลาจังหวะการทํางาน และกราฟแสดงการทํางานของ GP2Y0A41 (หรือ GP2D120)

 

 25

1.5 ขอมูลของอุปกรณทางกลทีใช ่ ในชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX (SE) รุนมาตรฐาน  2 และ 3 1.5.1 มอเตอรไฟตรงพรอมชุดเฟองขับ เปนชุดมอเตอรพรอมเฟองขับรุน BO-2 อัตราทด 48:1 มีสายตอ 2 เสน คุณสมบัติทางเทคนิคที่ สําคัญมีดังนี้  ตองการไฟเลี้ยงในยาน +3 ถึง +9Vdc  กินกระแสไฟฟา 130mA (ที่ไฟเลี้ยง +6V และไมมีโหลด)  ความเร็วเฉลี่ย 170 ถึง 250 รอบตอนาที (ที่ไฟเลี้ยง +6V และไมมีโหลด)  นํ้าหนัก 30 กรัม  แรงบิดตําสุ ่ ด 0.5 กิโลกรัม-เซนติเมตร  ติดตังเข ้ ากับตัวยึดพลาสติกแบบมีพุกทองเหลืองสําหรับยึดในตัว  ขนาด (กวาง x ยาว x สูง) 42 x 45 x 22.7 มิลลิเมตร

1.5.2 ลอพลาสติกสําหรับชุดเฟองขับมอตอรและยาง เปนลอกลม มีเสนผานศูนยกลาง 65 มิลลิเมตร สามารถสวมเขากับแกนของชุดเฟองขับมอเตอร ไดทันทีโดยไมตองดัดแปลงเพิมเติ ่ ม ขันยึดดวยสกรูเกลียวปลอย 2 มิลลิเมตร สวนยางขอบลอทีใช ่ รวม ดวยผลิตจากยางพารา ผิวมีดอกยางเพือช ่ วยเพิ่มสมรรถนะในการเกาะพื้นผิว

26  

 

1.5.3 แผนกริด เปนแผนพลาสติกที่ผลิตจากวัสดุ ABS ขนาด 80 x 60 มิลลิเมตร และ 80 x 80 มิลลิเมตร อยาง ละ 1 แผน ในแตละมีรูขนาด 3 มิลลิเมตรที่มีระยะหางกัน 5 มิลลิเมตร

1.5.4 แผนฐานกลม เปนแผนพลาสติกที่ผลิตจากวัสดุ ABS ขนาดเสนผานศูนยกลาง 250 มิลลิเมตร เปนแผนฐาน สําหรับยึดอุปกรณตางๆ ที่แผนฐานมีรูขนาด 3 มิลลิเมตรสําหรับติดตังอุ ้ ปกรณหรือโครงสรางกลไก เพิ่มเติม มีรูปรางเปนแผนกลม ในชุดมีให 2 แบบ แบบมีลอกลมกึ่งอิสระทั้งดานหนาและหลัง และ แบบมาตรฐานไมมีลอกลมกึ่งอิสระ

1.5.5 ชินต ้ อพลาสติก เปนชิ้นสวนพลาสติกแข็งเหนียว มี 3 แบบคือ ชินต ้ อแนวตรง, ชินต ้ อมุมฉาก และชินต ้ อมุม ปาน สามารถเสียบตอกันได ใชตอกันเปนโครงสรางหรือตกแตง บรรจุ 3 แบบ รวม 30 ชิน้

 

 27

1.5.6 แทงตอพลาสติก เปนชิ้นสวนพลาสติกแข็งเหนียวในแตละชินจะมี ้ รูขนาด 3 มิลลิเมตรสําหรับรอยสกรูเพื่อติด ตังหรื ้ อตอกับชินส ้ วนโครงสรางอื่นๆ ที่ปลายของแทงตอสามารถเสียบเขากับชินต ้ อพลาสติกได ใน ชุดมี 3 ขนาด คือ 3, 5 และ 12 รู แตละขนาดมี 4 ชิ้น

1.5.7 สกรูและนอต เปนอุ ปกรณสําหรับยึดชินส ้ วนตางๆ เขาดวยกัน ในชุดประกอบดวย สกรูมือหมุน (4 ตัว), สกรูเกลียวปลอย 2 มิลลิเมตร (2 ตัว), สกรู 3 x 8 มิลลิเมตร (4 ตัว), 3 x 10 มิลลิเมตร (30 ตัว), 3 x 15 มิลลิเมตร (4 ตัว), 3 x 40 มิลลิเมตร (4 ตัว), สกรูหัวตัด 3 x 8 มิลลิเมตร (10 ตัว) และนอต 3 มิลลิเมตร (30 ตัว)

1.5.8 เสารองโลหะ เปนอุปกรณชวยยึดชินส ้ วนตางๆ และรองรับแผงวงจร, แผนกริดและแผนฐาน ทําจากโลหะ ชุบนิเกิลกันสนิม มีลักษณะเปนแทงทรงกระบอกยาว 50 มิลลิเมตร ภายในมีรูเกลียวตลอดตัวสําหรับ ขันสกรู 3 มิลลิเมตร ในชุดมี 4 ตัว

28  

 

1.5.9 เสารองพลาสติก เปนอุ ปกรณชวยยึ ดชิ้นสวนตางๆ และประคองรองรับแผงวงจร, แผนกริดและแผนฐาน ทําจากพลาสติก ABS เหนียว สามารถตัดได มีลักษณะเปนแทงทรงกระบอก ภายในมีรูตลอดตัวสําหรับ รอยสกรู 3 มิลลิเมตร ในชุดประกอบดวย เสารองขนาด 3 มิลลิเมตร (4 ตัว), 10 มิลลิเมตร (4 ตัว), 15 มิลลิเมตร (4 ตัว) และ 25 มิลลิเมตร (4 ตัว)

1.5.10 กะบะถาน ใชบรรจุแบตเตอรีขนาด ่ AA จํานวน 6 กอน มีหัวตอแบบเดียวกับปลักอะแดปเตอร ๊ สําหรับตอ กับแผงวงจรควบคุมหลัก IPST-SE ไดทันที

 

 29

1.5.11 อะแดปเตอรไฟตรง เปนแหลงจายไฟตรงแบบสวิตชิง่ มี 2 ตัว 1. อะแดปเตอร +9V 2A ใหแรงดันขาออก +9V จายกระแสไฟฟาไดสูงสุด 2A ปลายสายเปน หัวปลั๊กแบบบารเรล (barrel) ซึ่งเปนมาตรฐานที่พบโดยทั่วไป 2. อะแดปเตอร +12V 1A ใหแรงดันขาออก +12V จายกระแสไฟฟาไดสูงสุด 1A ปลายสาย ตอเปนแบบขั้วตอที่ปองกันการตอกลับขัว้ มีแถบสีแดงระบุขั้วบวกไวอยางชัดเจน

30  

 

1.6 ขอมูลของสายสัญญาณทีใช ่ ในชุดกลองสมองกล IPST-MicroBOX (SE) 1.6.1 สาย JST3AA-8 : สายเชือมต ่ อระหวางแผงวงจร

สาย JST3AA-8 ใชเชือมต ่ อระหวางแผงวงจรควบคุม IPST-SE กับแผงวงจรตรวจจับและแผง วงจรอุปกรณตางๆ เปนสายแพ 3 เสน ยาว 8 นิ้ว ปลายสายทั้งสองดานติดตังคอนเน็ ้ กเตอรแบบ JST 3 ขา ตัวเมีย ระยะหางระหวางขา 2 มิลลิเมตร มีการจัดขาดังนี้ ระยะหางระหวางขา 2 มม.

ระยะหางระหวางขา 2 มม.

GND S +5V

1.6.2 สาย USB-miniB เปนสายสัญญาณสําหรับเชือมต ่ อระหวางพอรต USB ของคอมพิวเตอรกับแผงวงจร IPST-SE