scibox_120213 by Innovative Experiment Co.,Ltd.

     SCi-B X   1

  SCi-B X Microcontroller in Science experiment [edition - Basic Stamp 2P]

วรพจน กรแกววัฒนกุล ชัยวัฒน ลิ้มพรจิตรวิไล (C) Innovative Experiment Co.,Ltd.

     SCi-B X 2  

Microcontroller in Science experiment

เรียนรูและทดลองวิทยาศาสตรกับกลองสมองกล SCi-B

วรพจน กรแกววัฒนกุล ชัยวัฒน ลิ้มพรจิตรวิไล

สงวนลิขสิทธิ์ตาม พ.ร.บ. ลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2521 หามการลอกเลียนไมวาสวนหนึ่งสวนใดของหนังสือเลมนี้ นอกจากจะไดรับอนุญาต ใครควรใชหนังสือเลมนี้ 1. นักเรียน นิสิต นักศึกษา และบุคคลทั่วไปทีมี่ ความสนใจในการนําไมโครคอนโทรลเลอรไปประยุกตใชในการ ทดลองทางวิทยาศาสตร หรือสนใจในการเรียนรูและทดลองวิทยาศาสตรในแนวทางใหมทีใช ่ กิจกรรมเปนสื่อ โดยมีไมโครคอนโทรลเลอรเปนสวนประกอบ 2. สถาบันการศึกษา โรงเรียน วิทยาลัย มหาวิทยาลัย ทีมี่ การเปดการเรียนการสอนวิชาอิเล็กทรอนิกสหรือ ภาควิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกสและคอมพิวเตอร 3. คณาจารยทีมี่ ความตองการศึกษา และเตรียมการเรียนการสอนวิชาไมโครคอนโทรลเลอร รวมถึงวิทยาศาสตร ประยุกตทีต่ องการบูรณาการความรูทางอิเล็กทรอนิกส-ไมโครคอนโทรลเลอร--การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอรการทดลองทางวิทยาศาสตร ในระดับมัธยมศึกษา อาชีวศึกษา และปริญญาตรี ดําเนินการจัดพิมพและจําหนายโดย บริษัท อินโนเวตีฟ เอ็กเพอริเมนต จํากัด 108 ซ.สุขุมวิท 101/2 ถ.สุขุมวิท แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทรศัพท 0-2747-7001-4 โทรสาร 0-2747-7005 รายละเอียดทีปรากฏในหนั ่ งสือเรียนรูและทดลองวิทยาศาสตรดวยกลองสมองกล SCi-BOX ผานการตรวจ ทานอยางละเอียดและถวนถี่ เพือให ่ มีความสมบูรณและถูกตองมากทีสุ่ ดภายใตเงือนไขและเวลาที ่ พึ่ งมีกอนการ จัดพิมพเผยแพร ความเสียหายอันอาจเกิดจาก การนําขอมูลในหนังสือเลมนี้ไปใช ทางบริษัท อินโนเวตีฟ เอ็ก เพอริเมนต จํากัด มิไดมีภาระในการรับผิดชอบแตประการใด ความผิดพลาดคลาดเคลือนที ่ อาจมี ่ และไดรับการ จัดพิมพเผยแพรออกไปนัน้ ทางบริษัทฯ จะพยายามชีแจงและแก ้ ไขในการจัดพิมพครั้งตอไป

     SCi-B X   3

 ในการเรียนรูและทดลองทางวิทยาศาสตรทีผ่ านมา ภาพของครู-อาจารยทีถู่ กหอมลอมดวยนักเรียน ใน ขณะทําการทดลอง และภาพของนักเรียนทีคอยจ ่ องมองการเปลี่ยนแปลงและผลการทดลองที่เกิดขึ้นแลวนําผล เหลานันมาบั ้ นทึกลงในกระดาษ นําขอมูลมาสรางเปนกราฟเพื่อสรุปผลการทดลอง เปนภาพทีชิ่ นตาของผูทีเกี ่ ่ยว ของในการเรียนรูทางวิทยาศาสตรมานับสิบป พรอมกับขอจํากัดที่วา การทดลองวิทยาศาสตรจําเปนตองพึ่งพา เครืองมื ่ อและอุปกรณในหองทดลองวิทยาศาสตร จึงทําใหการเรียนรูและทดลองถู  กจํากัดอยูในบริ  เวณเฉพาะ ภาย ใตการดูแลเปนพิเศษ เนืองจากวั ่ สดุ อุปกรณ เครืองมื ่ อในการทดลองทางวิทยาศาสตรสวนใหญมีราคาสูงพอสมควร วันนีเมื ้ ่อความกาวหนาทางเทคโนโลยีเขามามีบทบาทมากขึน้ ถึงยุคสมัยที่มีการใชงานอุปกรณตัวจิว๋ แต มีศักยภาพสูง ซึงถู ่ กเรียกวา “ไมโครชิป” เกิดขึ้น ซึงก ่ อใหเกิดประดิษฐกรรมตางๆ มากมาย รวมทังในวงการศึ ้ กษา ดานวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี เครื่องคํานวณสุดอัจฉริยะทีเรี่ ยกวา คอมพิวเตอร ไดมีบทบาทอยางมาก และ เปลียนแปลงวิ ่ ธีการเรียนการสอนอยางขนานใหญ มีการนําซอฟตแวรเขามาชวย ทําใหสามารถแสดงผลการทํางาน ไดอยางชัดเจน และรับรูได  อยางกวางขวางมากขึน้ ทีสํ่ าคัญ คอมพิวเตอรไดเขาไปอยูในแทบทุ  กครัวเรือนทีให ่ ความ สนใจตอการเรียนรูทางวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี วั นนี้นักเรี ยนในระดับประถมปลายและมัธยมศึกษาสามารถสรางและเขียนโปรแกรมสั่ งการหุนยนต อัตโนมัติขนาดเล็กไดโดยใชไมโครคอนโทรลเลอรเปนตัวควบคุม ผูเรี ยนไดรับการฝกฝนความละเอียดรอบคอบใน การพิจารณาและทําความเขาใจการทํางานของชินส ้ วนทางกลและอิเล็กทรอนิกส ไดรับการฝกใชกระบวนการคิด อยางมีเหตุ ผลในการเขียนโปรแกรม รูจักพิจารณาแกไขปญหาและอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นในการทดลอง และที่ สําคัญซึงอาจมองข ่ ามไปคือ ฝกการควบคุมอารมณในภาวะที่พบปญหาที่ไมคาดหมายในการสรางและทดลอง ทังหมดคื ้ อองคประกอบทีสํ่ าคัญในการนํามาพัฒนาสือเรี ่ ยนรูวิ ทยาศาสตรในแนวใหม ทีผสมผสานทฤษฎี ่ ความรูทางวิทยาศาสตรเขากับเครื่องมือและอุปกรณสมัยใหม เพื่อสรางชุดเรียนรูและทดลองวิทยาศาสตรดวย กลองสมองกล ในหนังสือเลมนีนํ้ าเสนอขอมูลทีครบถ ่ วนรอบดานในการเรียนรูเพื่อทดลองทางวิทยาศาสตรขั้นพื้นฐาน โดยเนนหนักไปที่การเรียนรูอุปกรณตรวจจับสัญญาณไฟฟาและปริมาณทางฟสิกส ไมวาจะเปนแสง อุณหภูมิ สนามแมเหล็ก แรงดันไฟฟา หรือแมกระทังสั ่ ญญาณเสียง ผนวกกับการเขียนโปรแกรมใหแกกลองสมองกลเพือ่ นําขอมูลหรือผลกาารทดลองทีเกิ ่ ดขึ้นไปใชประโยชนได โดยแบงเปน 2 รูปแบบคือ เรียนรูด วยกิจกรรม ในแบบ นี้จะมี ชุดซอฟตแวร SCi-BOX Activity เตรียมการทดลองและแสดงผลไวให เพียงตออุปกรณตามที่ระบุไวก็จะ สามารถทดลองไดโดยไมตองเขียนโปรแกรม สวนรูปแบบทีสองคื ่ อ เรียนรูด วยการเขียนโปรแกรม ในแบบนีจะ ้ เตรียมซอฟตแวรสําหรับเขียนโปรแกรมพรอมทั้งตัวอยางโปรแกรม เพื่อใหผูเรียนสามารถสรางการทดลองขึ้นเอง รวมถึงสามารถเรียนรูลงไปใหลึกกับโปรแกรมทีเขี ่ ยนขึนเพื ้ อควบคุ ่ มใหกลองสมองกลหรือไมโครคอนโทรลเลอรนัน้ ทํางานตามทีต่ องการ ซึงนํ ่ าไปสูการสร  างโครงงานวิทยาศาสตรตอไปไดในทีสุ่ ด จึงหวังเปนอยางยิ่งวา สื่อการเรียนรูนีจะเป ้ นประโยชนตอการเรียนรูทางวิทยาศาสตรของคนไทย วรพจน กรแกววัฒนกุล ชัยวัฒน ลิ้มพรจิตรวิไล

     SCi-B X 4  

  บทที่ 1 แนะนํา SCi-BOX ชุดกลองสมองกลสําหรับเรียนรูและทดลองวิทยาศาสตรดวย ไมโครคอนโทรลเลอร .........................................................................................7 บทที่ 2 อุปกรณเอาตพุตสําหรับการเรียนรูและทดลองวิทยาศาสตรดวย ไมโครคอนโทรลเลอร ..............................................................................................23 บทที่ 3 แผงวงจรตรวจจับสัญญาณทางดิจิตอลสําหรับการเรียนรูและทดลอง วิทยาศาสตรดวยไมโครคอนโทรลเลอร ................................................................31 บทที่ 4 แผงวงจรตรวจจับสัญญาณอะนาลอกสําหรับการเรียนรูและทดลอง วิทยาศาสตรดวยไมโครคอนโทรลเลอร ................................................................35 บทที่ 5 สนุกกับกิจกรรมเพื่อการเรียนรูและทดลองวิ  ทยาศาสตรดวย ไมโครคอนโทรลเลอรกับชุดซอฟตแวร SCi-BOX Activity .....................................47 กิจกรรมที่ 1

สนุกกับเสนแรงแมเหล็กโดยใชแผงวงจรตรวจจับและวัด สนามแมเหล็ก......................................................................52

กิจกรรมที่ 2

สนุกกับความตานทานไฟฟาโดยใชแผงวงจร วัดความตานทานไฟฟา.........................................................55

กิจกรรมที่ 3

วัดคาตัวเก็บประจุโดยใชแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา............60

กิจกรรมที่ 4

วัดกระแสไฟตรงในวงจรโดยใชแผงวงจรวัดกระแสไฟฟา......63

กิจกรรมที่ 5

วัดแรงดันไฟตรงโดยใชแผงวงจรลดทอนแรงดัน.................. 66

กิจกรรมที่ 6

เลนกับคุณสมบัติของแสงโดยใชแผงวงจรตรวจจับแสง.........69

กิจกรรมที่ 7

สวิตชควบคุมไฟ 4 ดวง โดยใชแผงวงจรสวิตช ......................72

กิจกรรมที่ 8

ตรวจจับวัตถุแบบตัดลําแสง โดยใชแผงวงจรตรวจจับ ตรวจจับแสงอินฟราเรด .......................................................75

กิจกรรมที่ 9

ตรวจจับวัตถุแบบสะทอนแสง โดยใชแผงวงจรตรวจจับ ตรวจจับแสงอินฟราเรด .......................................................78

กิจกรรมที่ 10

ตรวจจับวัตถุแบบกระเจิงแสง โดยใชแผงวงจรตรวจจับ ตรวจจับแสงอินฟราเรด .......................................................81

     SCi-B X   5

กิจกรรมที่ 11

วัดอุณหภูมิโดยใชเทอรมิสเตอร............................................84

กิจกรรมที่ 12

ตรวจวัดความเขมสีดวยหลักการสะทอนแสง.........................86

กิจกรรมที่ 13

ใชงานแผงวงจรตรวจจับเสียงเปนสวิตชสังงานด ่ วยเสียง.......89

กิจกรรมที่ 14

ใชงานแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนเลื่อน กับการเคลือนที ่ ่ทางกล..........................................................92

กิจกรรมที่ 15

ใชงานแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนหมุน กับการเคลือนที ่ ่ทางกล..........................................................94

กิจกรรมที่ 16

วัดคาตัวเก็บประจุโดยใชแหลงจายกระแสคงที่ในแผงวงจร วัดคาความตานทานไฟฟา.....................................................97

กิจกรรมที่ 17

เซลไฟฟาเคมี......................................................................101

บทที่ 6 การทดลองใชงาน SCi-BOX ดวยโปรแกรมภาษาเบสิก.......................................103 กิจกรรมที่ 18 กิจกรรมที่ 19 กิจกรรมที่ 20 กิจกรรมที่ 21 กิจกรรมที่ 22 กิจกรรมที่ 23 กิจกรรมที่ 24 กิจกรรมที่ 25 กิจกรรมที่ 26 กิจกรรมที่ 27 กิจกรรมที่ 28

ขับเสียงดวยสวิตช ..............................................................113 สวิตชเลือกรีเลย .................................................................115 การวัดและแสดงคาสัญญาณอะนาลอกบนคอมพิวเตอร ของ SCi-BOX ....................................................................117 ควบคุมทิศทางการหมุนของมอเตอรไฟตรงดวย แผงวงจรตรวจจับสัญญาณอะนาลอก..................................120 ควบคุมความเร็วของมอเตอรไฟตรงดวยแผงวงจร ตรวจจับสัญญาณอะนาลอก................................................123 ขับสเต็ปเปอรมอเตอร........................................................126 การเขียนโปรแกรมติดตอโมดูล SLCD................................132 การวัดและแสดงคาสัญญาณอะนาลอกผานโมดูล SLCD ของ SCi-BOX ....................................................................136 การสรางสัญญาณเสียงจากการวัดคาสัญญาณอะนาลอก .....138 วัดค าความจุไฟฟา .............................................................140 ตรวจจับสัญญาณเสียง .......................................................144

บทที่ 7 แสดงผลการทํางานแบบกราฟของ SCi-BOX ดวย StampPlot Lite.......................147 กิจกรรมที่ 29

การวัดและแสดงคาสัญญาณอะนาลอกแบบกราฟ จากแผงวงจรตรวจจับแสงดวย StampPlot Lite....................158

     SCi-B X 6  

     SCi-B X   7

 

 SCi-B X

   SCi-BOX เปนแผงวงจรเอนกประสงคทีบรรจุ ่ อุปกรณควบคุมแบบโปรแกรมไดขนาดเล็กทีเรี่ ยก วา “ไมโครคอนโทรลเลอร” (microcontroller) รวมกับวงจรเชือมต ่ อคอมพิวเตอรเพือการโปรแกรมและ ่ สือสารข ่ อมูล โดยภายในยังบรรจุอุปกรณแสดงผลการทํางาน (actuator) อาทิ วงจรขับมอเตอร วงจรขับ รีเลย และสวนเชือมต ่ ออุปกรณตรวจจับสัญญาณหรือเซนเซอร (sensor) ไวดวย ดังนันจึ ้ งสามารถนําแผง วงจร SCi-BOX นีมาใช ้ ในการทดลองทางวิทยาศาสตรและโครงงานวิทยาศาสตรทีเกี ่ ยวข ่ องกับระบบ ควบคุมอัตโนมัติไดอยางสะดวกและมีประสิทธิภาพสูง เชื่อมตอพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (ผานทางขาพอรต P16)

สวนรับและประมวลผลสัญญาณ อะนาลอกที่จดุ SENSOR0-7 โดยใชไมโครคอนโทรลเลอร สําหรับแปลงสัญญาณอะนาลอก เปนดิจติ อล (Analog to digital converter co-processor) ทํางานรวมดวย

สวนเชื่อมตออุปกรณภายนอกแบบ ดิจิตอลเพิ่มเติมที่จุด P0-P7

P8-P11

วงจรขับมอเตอรไฟตรง 2 ชุด

P13 วงจรขับรีเลย 4 ชอง

i-Stamp2P-24 ไมโครคอนโทรลเลอร ทํางานดวยโปรแกรม ภาษาเบสิก P0-P7

รูปที่ 1-1 ไดอะแกรมการทํางานของ SCi-B

P14 P15

P12

วงจรขับสเต็ปเปอรมอเตอร 2 ชุด ทํางานรวมกับไมโครคอนโทรลเลอร สําหรับขับสเต็ปเปอรมอเตอร (stepper motor co-processor)

ขับสัญญาณเสียงผาน ลําโพงเปยโซ

 ทยาศาสตรดวยกลองสมองกล X บอรดเรียนรูและทดลองวิ

     SCi-B X 8  

1.1 คุณสมบัติทางเทคนิคของ SCi-BOX สวนควบคุมหลัก  สวนควบคุมหลักใช i-Stamp2P24 แผงวงจรไมโครคอนโทรลเลอรเบสิกแสตมป 2P24 สามารถเขียนโปรแกรม

ควบคุมและพัฒนาการทํางานไดดวยภาษาพีเบสิก  ขนาดหนวยความจํา 16 กิโลไบต แบงออกเปน 8 สวน สวน 2 กิโลไบต สามารถเรียกใชงานตอเนื่องกันได  ความเร็วในการประมวลผลคําสั่งภาษาเบสิก 10,000 คําสั่งตอวินาที ่ อกับคอมพิวเตอรผานพอรตอนุกรมสําหรับดาวนโหลดโปรแกรมและสือสารข ่ อมูล  เชือมต

จุดตออินพุตเอาตพุต  มีอินพุตเอาตพุตสําหรับรับสัญญาณดิจิตอล 8 ชอง สามารถกําหนดใหเปนอินพุตหรือเอาตพุตไดอยางอิสระ  มีอินพุตรับสัญญาณไฟฟาแบบอะนาลอกสําหรับตอกับอุปกรณตรวจจับ 8 ชอง แรงดันอินพุตสูงสุดไมเกิน 5V

ทํางานรวมกับไมโครคอนโทรลเลอรแปลงสัญญาณอะนาลอกเปนดิจิตอล (ADC Co-processor) ความละเอียดของ การแปลงสัญญาณอะนาลอกเปนดิจิตอล 10 บิต ใหคาของขอมูลเปน 0 ถึง 1,023

ภาคอุปกรณเอาตพุต  มี LED แสดงสถานะการทํางาน 4 ดวง  มีวงจรขับรีเลย 4 ชุด แตละชุดทํางานอิสระจากกัน พรอมรีเลยขนาด 12V 5A และจุดตอออกไปใชงาน พิกัดของ

หนาสัมผัสรีเลย 220Vac 5A  วงจรขับมอเตอรไฟตรงขนาด 6 ถึง 12V จํานวน 2 ชุดพรอมไฟแสดงทิศทางการหมุน  เลือกการทํางานระหวางวงจรขับรีเลยและมอเตอรไฟตรงดวยจัมเปอร ๊  วงจรขับสเต็ปเปอรมอเตอรแบบยูนิโพลาร 12V 2 ชุด ทํางานรวมกับไมโครคอนโทรลเลอรควบคุมสเต็ปเปอรมอเตอร (Stepper motor Co-processor)  มีลําโพงเปยโซสําหรับขับสัญญาณเสียง 1 ตัว ความถี่ทีขั่ บใหไดมีความดังสูงสุดอยูในชวง 1kHz-3kHz

อืนๆ ่ ปอนไฟเลียงได ้ 2 จุดคือ ผานทางแจกอะแดปเตอรหรือผานทางเทอรมินอลบล็อก มีวงจรจัดขั้วแรงดันภายใน ทําใหสามารถใชกับอะแดปเตอรทีมี่ การจัดขัวแรงดั ้ นแบบใดก็ได  ไฟเลี้ยงอินพุต 9 ถึง 16V ภายในมีวงจรควบคุมแรงดันคงทีที ่ ่ +5V 1A 

อุปกรณและเครืองมื ่ อประกอบในชุด SLCD16x2 โมดูล LCD ขนาด 16 ตัวอักษร 2 บรรทัดที่ใชการติดตอแบบอนุกรม (serial interface) สําหรับ แสดงขอความ, ตัวเลข และสัญลักษณ 

     SCi-B X   9  อะแดปเตอรไฟตรง 12V 500mA  สายปากคีบสําหรับตอวัดสัญญาณ  แผงวงจรตรวจจับสัญญาณทางดิจิตอล 3 กลุม  9 ชุด ประกอบดวย :

กลุมตรวจจั  บสัญญาณแบบลอจิก (กลุม D) แผงวงจรสวิตช 3 ชุด แผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz 2 ชุด แผงวงจรเปรียบเทียบสัญญาณ 2 ชุด กลุมตรวจวั  ดคาคงที่เวลา RC (กลุม C) แผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา 1 ชุด กลุมตรวจจั  บสัญญาณชัวขณะ ่ (กลุม P) แผงวงจรตรวจจับเสียง 1 ชุด  แผงวงจรตรวจจับสัญญาณและวัดปริมาณทางฟสิกสแบบอะนาลอก 2 กลุม  20 ชุด ประกอบดวย :

กลุมตรวจจั  บสัญญาณอะนาลอก (กลุม A) แผงวงจรตรวจจับแสง 2 ชุด แผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน 2 ชุด แผงวงจรตรวจจับอุณหภูมิ 2 ชุด แผงวงจรตรวจจับและวัดสนามแมเหล็ก 1 ชุด แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดเพือจ ่ ายแรงดัน 5 ชุด แบงเปน 3 แบบคือ แบบโปเทนชิโอมิเตอรตัวตั้ง (2 ชุด), ตัวนอน (2 ชุด) และแบบสไลด (1 ชุด) แผงวงจรโฟโตทรานซิสเตอร 2 ชุด ใชตรวจจับแสงอินฟราเรดเพือเปลี ่ ่ยนเปนแรงดันหรือสัญญาณลอจิก แผงวงจรวัดกระแสไฟฟา 1 ชุด แผงวงจรวัดความตานทานไฟฟา 1 ชุด แผงวงจรลดทอนแรงดันไฟฟา ใชสําหรับวัดแรงดันไฟฟา 1 ชุด โดยสามารถเลือกการลดทอนได 2 เทา กลุมอุ  ปกรณเอาตพุต (กลุม O) แผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด 2 ชุด แผงวงจรขับ LED 2 สี 1 ชุด  มอเตอรไฟตรง ขนาด 3 ถึง 12V 1 ตัว  สต็ปเปอรมอเตอรแบบยูนิโพลาร 12V 1 ตัว  ตัวตานทานและตัวเก็บประจุสําหรับทดลอง จํานวนอยางละ 10 คา คาละ 1 ตัว

     SCi-B X 10  

D5 1N5819

J1 DC INPUT 616V.

S1 POWER ON / OFF

C5 220/16V

D6 1N4001

K1 BATT. INPUT

C2 0.1/63V D1-D4 1N4001 x4

STEPPER MOTOR #1

C4 0.1/63V

IC1 LM2940CT -5.0

+5V

PHASE A to D COIL

R1 510

C3 47/16V

C1 470/25V

C6 0.1/63V

1 2 3

+5V

IC2

K8 SENSOR5 K7 SENSOR4

+5V

7 AN0

GP5

Q4 BC557

R3 10k

C12 1/50V

K5 SENSOR2

+5V

5 AN2

K4 SENSOR1

+5V

K3 SENSOR0

+5V

7 AN0

P15 P14 P12

IC4 QP410

AN3

P8 P9

AN1

GND 10

GP5 2

GP3

CR1 4MHz

P10 R4 150

P11

K21 MOTORA C13 10/16V

SP1 PIEZO

14 16

MOTOR-A #1

MOTOR-A #2

IC8/4

MOTOR-B #1

K18 P7

+5V

K17 P6

+5V

R11 220

K16 P5

+5V

R10 220

K15 P4

+5V

R9 220

K14 P3

+5V

R8 220

K13 P2

+5V

R7 220

K12 P1

+5V

R6 220 R5 220

12 11 10

7 6 5

C14 0.1/63V

IC7 L293DNE

12 13

R12 220

R14 10k

10 1 2

IC8/1

IC8/3

5 4

1Y 3

4Y 3Y

14 11

R16 2k2

13 12 5

P3 K23 P8 RELAY NO C

C15 0.1/63V

34EN

K22 MOTORB

DIRECT

DC MOTOR

JP1 DRIVER SELECT

INVERT

Vcc1

RY1 RELAY 12V

LED2 DIR. #A LED3 DIR. #B

IC8/1-IC8/4 : 74HC32

+ DIRECT

12EN

INVERT

R15 2k2

IC8/2

P6 P5

15 4A

MOTOR-B #2

K11 P0

SER IN 6

+5V

R15 10k

+5V

BUSY 7

+5V

+5V +5V

NXP2220S-SMC

P13

IC3 QP410

1D 1C 1B 1A 2D 2C 2B 2A +Vcc IC5

R2 150

+5V

AN1

K6 SENSOR3

1 RST

C10 0.1/63V

AN3

19 18 17 16 12 13 14 15

C11 0.1/63V

+5V

MCLR

R13 10k

GP3

RxD

+5V

5 AN2

TxD

S2 RESET

K9 SENSOR6

+5V

i-Stamp2P24

IC6 ULN2803

C8 0.1/63V

C7 0.1/63V

+5V

RN1 2k2 *8

K10 SENSOR7

11 12 13 14 15 16 17 18 10

C9 0.1/63V

K20 STEPPER MOTOR #2 CONNECTOR

K2 DOWNLOAD DB-9 FEMALE

K19 STEPPER MOTOR #1 CONNECTOR +5V

2 3 4 5

PHASE A to D COIL

LED1 POWER

6 7

STEPPER MOTOR #2

+V RELAY

K24 P9 RELAY NO C

K25 P10 RELAY

K26 P11 RELAY

NO C

P0 1 3 5 7

D0 Q0 D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3

R24

R23

R22

R21 R21-R24 47 x4

R17

R18

R19

R20

IC9 ULN2003

R17-R20 510 x4

LED7 LED6 LED5 LED4 P11 P10 P9 P8

รูปที่ 1-2 วงจรสมบูรณของ SCi-B

กลองสมองกลเพือการเรี ่ ยนรูและทดลองทางวิ  ทยาศาสตร

NO C

     SCi-B X   11

คอนเน็กเตอรเชือมต ่ อพอรตอนุกรม แจกและเทอรมินอลสําหรับจายไฟ

ลําโพงเปยโซ

สวิตชเปด-ปด

คอนเน็กเตอร SENSOR0-SENSOR7 ตอกับ แผงวงจร ตรวจจับใน กลุมสั  ญญาณ อะนาลอก

iStamp224

คอนเน็กเตอร P0-P7

ตอสเต็ปเปอรมอเตอร LED 4 ดวง จัมเปอร ๊ เลือกการทํางานระหวาง วงจรขับรีเลยและวงจรขับมอเตอรไฟตรง

ตอมอเตอรไฟตรง จุดตอหนาสัมผัสรีเลย

การจัดสรรขาพอรตของ i-Stamp สําหรับการทํางานบน SCi-B X P0 ถึง P7 เปนจุดตอรับหรือสงสัญญาณดิจิตอล ใชตอกับ SLCD หรือแผงวงจรจตรวจจับสัญญาณดิจิตอล (D) P8 ถึง P11 ตอกับ LED แสดงผล, วงจรขับมอเตอรไฟตรง 2 ชุด (P8,P9 และ P10,P11) และวงจรขับรีเลย 4 ชอง P12 ตอลําโพงเปยโซ P13 ตอกับวงจรแปลงสัญญาณอะนาลอกเปนดิจิตอล เพื่ออานคาจากจุดตอ SENSOR0-SENSOR7 P14 และ P15 ตอกับวงจรขับสเต็ปเปอรมอเตอร โดย P14 เปนขาขอมูล สวน P15 เปนขาตรวจสอบสถานะ

รูปที่ 1-3 แสดงสวนประกอบทางกายภาพของ SCi-B กลองสมองกล

 ทยาศาสตรดวย X บอรดเรียนรูและทดลองวิ

     SCi-B X 12  

1.2 การทดสอบบอรด SCi-BOX 1.2.1 ติดตังซอฟต ้ แวร SCi-BOX Activity โดยนําซีดีรอมที่จัดมาพรอมกับชุด SCi-BOX ใสลง ไปในซีดรอมไดรฟของคอมพิวเตอร จากนันค ้ นหาไฟล SciBOX2P_SetupThai.exe แลวดับเบิลคลิก เพื่อติดตังโปรแกรม ้

คลิกปุม Next เพื่อเขาสูกระบวนการติ  ดตังโปรแกรม ้ 1.2.2 จากนั้นจะมีหนาตางแจงขั้นตอนการติดตังโปรแกรมให ้ คลิก Next หรือ OK เพื่อตอบ รับ จนกระทั่งการติดตังโปรแกรมเสร็ ้ จสมบูรณ

     SCi-B X   13

1.2.3 ทําการเรียกโปรแกรม SCi-BOX Activity ขึ้นมาใชงาน โดยไปที่ปุม Start  Program Sci-BOX  Sci-BOX Activity จะปรากฏหนาตางหลักของโปรแกรมขึ้นมาดังรูปที่ 1-4 1.2.5 ติดตังแผงวงจรไมโครคอนโทรลเลอร ้ i-Stamp2P24 ลงบนบอรด SCi-BOX ทีตํ่ าแหนง ซ็อกเก็ต 24 ขาทีว่ างอยู

รูปที่ 1-4 หนาตางหลักของซอฟตแวร Sci-BOX Activity ทีใช ่ ในการทดลองและทดสอบ บอรด SCi-B X

ติดตัง้ i-Stamp2P24 ลง บนซ็ อกเก็ต 24 ขา บนบอร ด SCi-B X ตามทิ ศทางดังในรู ป ระวั งอยาเสียบใหผิด ดานหรือขาเหลือมกั ่ น เด็ดขาด

รูปที่ 1-5 แสดงการติดตัง้ i-Stamp ลงบนบอรด SCi-B X จะตองระมัดระวังในขันตอน ้ นีเป ้ นพิเศษ เพราะหากติดตังผิ ้ ดดานหรือขาเหลือมกั ่ น จะทําให i-Stamp2P24 เสียหายได

     SCi-B X 14  

1.2.6 ตอสายจากพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอรเขากับ SCi-BOX ดังรูปที่ 1-6 ตอไปยังพอรตอนุกรม ของคอมพิวเตอร

คอนเน็กเตอร DB-9 ตัวเมีย 6 7 8 9

สายเชื่อมต อ พอรตอนุกรม ดานตั วเมีย

1 2 3 4 5

สายเชื่อมต อ พอรตอนุกรม ด านตัวผู

สายมัลติคอร 9 เสน

RS-232 DOWNLOAD

1 2 3 4 5

DC INPUT RESET

SCi-BOX iStamp2P24 BASIC Stamp

OFF

in Science Experiment

6 7 8 9

คอนเน็กเตอร DB-9 ตัวผู

รูปที่ 1-6 การตอสายระหวางคอมพิวเตอรกับบอรด SCi-B

1.2.6 ไปที่ชอง 1 เลือกดาวนโหลดกิจกรรม AT07-Switch ดังในรูปที่ 1-7

รูปที่ 1-7 แสดงหนาตางของกิจกรรมที่ 07 ซึงใช ่ ในการทดสอบบอรด SCi-B

     SCi-B X   15

1.2.7 ตอแผงวงจรสวิตชเขาทีจุ่ ด P1 บนบอรด SCi-BOX 1.2.8 เลือกจั๊มเปอร RELAY/MOTOR บนบอรด SCi-BOX ไปยังตําแหนง RELAY แลวจาย ไฟใหแกบอรด SCi-BOX 1.2.10 กดปุม Download จะปรากฏหนาตางแสดงการดาวนโหลดขึน้ โดยตัวโปรแกรมจะคน หาฮารดแวรเอง จากรูปพบฮารดแวรตออยูที พอร ่ ตอนุกรม COM1 เมื่อดาวนโหลดเสร็จสินจะปรากฏ ้ หนาตางแจงการดาวนโหลดเสร็จสมบูรณ ใหกดปุม OK

รูปที่ 1-8 แสดงหนาตางของการดาวนโหลดโปรแกรมลงบน SCi-B

l.2.11 ทดลองกดสวิตชบนแผงวงจรสวิตช สังเกตการทํางานของ LED ที่ตําแหนง P8 ถึง P11 บนบอรด SCi-BOX และฟงเสียงการทํางานของรีเลยแตละตัวเมื่อกดสวิตชในแตละครั้ง หากทุกอยางถูกตอง เมื่อดาวนโหลดโปรแกรมแลว LED ทั้งหมดจะดับลง เมื่อกดสวิตช ครั้งที่ 1 LED ทีตํ่ าแหนง P8 จะติดสวาง พรอมกับไดยินเสียงการตอหนาสัมผัสของรีเลย P8 ใน ตําแหนงขวาสุด เมื่อกดสวิตชครั้งที่ 2 LED P9 ติดสวาง ไลเรียงลําดับไปจนครบ แลววนทํางานซํ้า หากไดผลตามนี้แสดงวา ขณะนี้ SCi-BOX พรอมสําหรับการทดลองเรียนรูแล  ว

     SCi-B X 16  

1.3 การใชงานรวมกับตัวแปลงสัญญาณพอรต USB เปนพอรตอนุกรม RS-232 ปกติแลวชุด SCi-BOX จะใชงานกับคอมพิวเตอรผานพอรตอนุกรม RS-232 (หัวตอแบบ D-SUB 9 ขา) สําหรับคอมพิวเตอรสมัยใหมที่มีเฉพาะพอรตหรือหัวตอแบบ USB เมื่อนํามาใชกับ SCi-BOX จะตองใชอุปกรณเสริมชวยนั่นคือ ตัวแปลงสัญญาณพอรต USB เปนพอรตอนุกรม RS-232 ซึ่งในที่ นี้ขอแนะรุน UCON-232S (ดูรายละเอียดที่ www.inex.co.th) (ก) ตัวแปลงสัญญาณรุน UCON-232S

(ข) การตอใชงาน UCON-232S กับ สายตอพอรตอนุกรม CX-232

รูปที่ 1-9 หนาตาและการตอใชงานตัวแปลงสัญญาณพอรต USB เปนพอรตอนุกรม รุน UCON-232S

1.3.1 การติดตังไดรเวอร ้ ตัวแปลงสัญญาณพอรต USB เปนพอรตอนุกรม RS-232 กอนที่จะใชงานตัวแปลงสัญญาณพอรต USB เปนพอรตอนุกรม RS-232 รุน UCON-232S หรือ รุนอื  นๆ ่ จะตองมีการติดตังไดรเวอร ้ เสียกอน ซึงตั ่ วแปลงสัญญาณแตละรุนจะมี  ขันตอนที ้ อาจแตกต ่ าง กันออกไป สําหรับตัวแปลงสัญญาณที่แนะนําคือ UCON-232S มีขั้นตอนการติดตังไดรเวอร ้ ดังนี้

     SCi-B X   17

(1.3.1.1) นําแผนซีดีรอมของ SCi-BOX หรือของตัว UCON-232S ใสลงในซีดีรอมไดรฟ (1.3.1.2) คนหาไฟล InstallParallaxUSBDriversv2.08.02.exe แลวดับเบิลคลิก

(1.3.1.3) คลิกทีปุ่ ม Install เพือเริ ่ มต ่ นการติดตังไดรเวอร ้ รอจนกระทังการติ ่ ดตังไดรเวอร ้ เสร็จ สมบูรณ คลอก Finish เพื่อออกจากหนาตางการติดตัง้

     SCi-B X 18  

1.3.2 การติดตอตัวแปลงสัญญาณพอรต USB เปนพอรตอนุกรม RS-232 (1.3.2.4) ตอตัวแปลงสัญญาณเขากับพอรต USB ที่เครื่องคอมพิวเตอร แลวตอสายตอพอรต อนุกรม (ในทีนี่ คื้ อรุน CX-232 ดานหัวตอแบบ D-SUB 9 ขาตัวเมียเขากับตัวแปลงสัญญาณ สวนปลาย สายอีกดานตอเขากับบอรด SCi-BOX (1.3.2.5) รอสักครู คอมพิวเตอรจะทําการติดตอกับตัวแปลงสัญญาณผานไดรเวอรเพือรั ่ บรูการ  ติดตอกับตัวแปลงสัญญาณ รอจนกระทั่งไฟสีนํ้าเงินที่ตัวแปลงสัญญาณ UCON-232S ติดสวาง (1.3.2.5) ตรวจสอบตําแหนงของพอรตอนุกรมเสมือนทีเกิ ่ ดขึน้ โดยคลิกทีปุ่ ม Start เลือกไปที่ Control Panel > System > Hardware > Device Manager (1.3.2.6) ตรวจสอบรายการฮารดแวรที่หัวขอ Port จะพบ USB Serial port ใหดูวามีการเลือก ตําแหนงของพอรตอนุกรม USB Serial port ไวทีตํ่ าแหนงใด ปกติจะเปน COM3 ขึนไป ้ ใหใชคาของ ตําแหนงของพอรตอนุกรมเสมือนหรือ USB Serial port นี้ในการเชื่อมตอกับโปรแกรมตอไป

อยางไรก็ตาม ซอฟตแวรที่ใช SCi-BOX สามารถคนหาพอรตที่เชื่อมตอกับบอรดไดเองอยาง อัตโนมัติ ขั้นตอนที่แนะนํานี้เปนขอมูลที่ควรรูสําหรับการใชงานตัวแปลงสัญญาณพอรต USB เปน พอรตอนุกรมเมือต ่ องการนําไปใชกับซอฟตแวรตัวอืนที ่ ไม ่ มีความสามารถในการตรวจสอบตําแหนง พอรตทีเชื ่ อมต ่ ออยางอัตโนมัติ

     SCi-B X   19

(1.3.2.7) เปดซอฟตแวร SCi-BOX Activity ตรวจสอบการเชื่อมตอตามรูปที่ 1-10 แลวจายไฟ UCON-232S

ตอกับพอรต USB ของคอมพิวเตอร

สายเชื่อมตอพอรตอนุกรม ดานตัวเมีย อะแดปเตอรไฟตรง +12V 800mA เปนอยางนอย

สายเชื่อมตอพอรตอนุกรม ดานตัวผู RS-232 DOWNLOAD DC INPUT RESET

SCi-BOX iStamp2P24 BASIC Stamp

OFF

in Science Experiment

รูปที่ 1-10 การเชือมต ่ อบอรด SCi-BOX เพือใช ่ งานรวมกับตัวแปลงสัญญาณพอรต USB (1.3.2.8) ไปที่ชอง 1 เลือกดาวนโหลดกิจกรรมใดก็ได โดยคลิกที่ปุม Download รอสักครู หนาตางของการดาวนโหลดจะปรากฏขึ้น ในรูปที่ 1-11 อธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในการดาวนโหลด โปรแกรมเมื่อใชงานผานตัวแปลงสัญญาณพอรต USB เปนพอรตอนุกรม RS-232 พอรต COM1 และ COM2 เปนพอรตอนุกรมดั้งเดิมของคอมพิวเตอร บางเครื่องอาจไมมีพอรตนี้ใหใชแลว

พอรต COM121 เปนพอรตอนุกรมเสมือนที่เกิดจากไดรเวอรและการทํางานของตัวแปลงสัญญาณ พอรต USB เปนพอรตอนุกรม โดย i-Stamp2P24 อันเปนหนึ่งในไมโครคอนโทรลเลอรที่ทํางาน เหมือนกับ BASIC Stamp2P บนบอรด SCi-BOX ถูกตออยูกับพอรตนี้

รูปที่ 1-11 หนาตางดาวนโหลดโปรแกรมทีค่ นหาตําแหนงพอรตทีเชื ่ อมต ่ อไดอัตโนมัติ

     SCi-B X 20  

1.3.3. การเปลียนตํ ่ าแหนงพอรต USB Serial port และบอดเรต ขอมูลตอไปนี้เปนขอมูลเสริมของการใชงานตัวแปลง UCON-232S ในกรณีที่ใชงานกับ ซอฟตแวรหรือโปรแกรมที่มีขอจํากัดในการรองรับตําแหนงของ USB Serial port ถาหากมีความจํา เปนหรือความตองการเปลี่ยนตําแหนงของ USB Serial port ก็สามารถทําได โดยมีขั้นตอนดังนี้ (1.3.3.1) ตอ UCON-232S เขากับพอรต USB (1.3.3.2) คลิกที่ปุม Start แลวเลือกไปที่ Control Panel > System > Hardware > Device Manager (1.3.3.3) ตรวจสอบรายการฮารดแวรที่หัวขอ Port จะพบ USB Serial port จากตัวอยางเปน COM10 ใหคลิกเมาสปุมขวาที่ตําแหนง USB Serial port นั้น แลวเลือก Properties

(1.3.3.4) จะปรากฏหนาตาง USB Serial Port (COM10) Properties (หมายเลข COM อาจ เปลียนแปลงได ่ ในคอมพิวเตอรแตละเครือง) ่ ใหเลือกไปทีแท็ ่ ป Port Setting ซึงแสดงค ่ ากําหนดรูปแบบ การสือสารข ่ อมูลอนุกรม ใหกําหนดคาตางๆ ดังรูป จากนันคลิ ้ กทีปุ่ ม Advance

     SCi-B X   21

(1.3.3.5) หนาตาง Advanced Setting for COM10 ปรากฏขึ้น (หมายเลข COM อาจเปลี่ยน แปลงได) คลิกที่ชอง COM Port Number เพื่อเปลี่ยนเปน COM4

(1.3.3.6) จากนั้นกําหนดคาตางๆ ตามรูป ที่ชอง Latency Timer (msec) ควรกําหนดเปน 1 และทําเครืองหมายที ่ ่ชอง Serial Enumerator แลวคลิกปุม OK

(1.3.3.7) กลับมายังหนาตาง USB Serial Port Properties อีกครัง้ หมายเลข COM port ที่ไตเติล บารจะเปลียนเป ่ น COM4 หากตองการเปลียนบอดเรตหรื ่ ออัตราบอดก็สามารถทําไดที่หนาตางนี้เลย โดยคลิกไปที่ชอง Bits per second ซึ่งเปนชองแรก จากนั้นคลิกปุม OK เพื่อผานขั้นตอนนี้ไป (1.3.3.8) ปลดตัวแปลง UCON-232S ออกจากพอรต USB แลวเสียบใหม ทําการตรวจสอบ ตําแหนงของพอรตอนุกรมอีกครั้ง จะพบวาตําแหนงของพอรตเปลียนเป ่ น COM4 อยางสมบูรณ

     SCi-B X 22  

1.4 ขอควรปฏิบัติ เพือให ่ เครืองมื ่ อและอุปกรณอยูในสภาพที่พรอมทํางานตลอดเวลา สิ่งทีควรกระทํ ่ าทุกครังที ้ ่ ใชงานชุดทดลอง SCi-BOX คือ 1. ปดสวิตช POWER ทุกครั้งที่มีการถอดหรือตอสายเขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร 2. ปดสวิตช POWER ทุกครั้งที่มีการตอหรือปลดสายของแผงวงจรตรวจจับสัญญาณหรือ อุปกรณใดๆ เขากับ SCi-BOX ทัง้ 2 ขอขางตนนีเป ้ นสิงที ่ ต่ องกระทํา เพือป ่ องกันไมให i-Stamp2P24 อันเปนแผงวงจร ไมโครคอนโทรลเลอรหลักทีใช ่ ควบคุมการทํางานทังหมดของบอร ้ ด SCi-BOX ไดรับความเสียหายอัน เนืองมาจากกระแสไฟฟ ่ ากระชาก ในขณะที่มีการปลดหรือตอสายสัญญาณ 3. หลั งจากที่ทดลองเสร็ จในแตละการทดลอง ควรปดสวิตชกอน ที่จะทําการปลดสาย สัญญาณเพื่อตอแผงวงจรใหมเขาไปเพือทํ ่ าการทดลองในหัวขอใหม 4. ไมควรปลดหรือตอสายสัญญาณของแผงวงจรใดๆ เขาไปใน SCi-BOX ในขณะที่ SCi-BOX กําลังทํางาน เวนแตมีขั้นตอนการปฏิบัติอื่นใดที่ระบุเจาะจงวาตองสายสัญญาณในขณะทํางานของ การทดลองนั้นๆ 5. ไมควรสัมผัสแผนระบายความรอนทีอยู ่ บริ  เวณดานบนทางขวาของบอรด SCi-BOX เพราะ เปนพื้นที่ที่มีความรอนและมีอุณหภูมิสูงพอควร อันเนื่องมาจากการทํางานตามปกติของแผงวงจร 6. หากมีความผิดพลาดใดๆ เกิดขึ้น ตองปดสวิตช POWER ทันที 7. ไมใชอะแดปเตอรไฟตรงที่มีแรงดันขาออกเกิน +16V กับ SCi-BOX 8. หลังจากเสร็จสิ้นการทดลอง ใหปลดสายเชือมต ่ อคอมพิวเตอรและสายของอะแดปเตอร หรือแหลงจายไฟออกจากบอรด SCi-BOX เสมอ

     SCi-B X   23

 

     ในชุด SCi-BOX ไดบรรจุอุปกรณสําหรับแสดงผลการทํางานไวบนแผงวงจรหลักอยูหลายแบบ  รวมทั้งแผงวงจรแสดงผลที่ตอออกมาตางหาก สามารถสรุปไดดังนี้

2.1. วงจรขับ LED ทํางานดวยลอจิก “1” จํานวน 4 ชอง ขับดวยขาพอรต P8 ถึง P11 ของ i-Stamp2P24

ไดโอดเปลงแสง (Light-emitting diode : LED) เป นอุปกรณที่กําเนิดแสงออกมาไดเมื่อไดรับจายไฟอยางถูกตอง การ จายไฟให LED ทํางานเรียกวา การไบแอส (bias) และการไบแอสทีทํ่ าให LED ทํางาน เรียกวา การไบแอสตรง (forward bias) แรงดันทีใช ่ ไบแอสให LED ทํางาน มีคา 1-4.5 V ถากระแสไหลผาน LED มาก ทําใหแรงดันทีตกคร ่ อม LED มีคามาก แสงที่ LED ขับออกมาก็จะสวางขึน้ โดยปกติแรงดันไบแอสตรงของ LED คือ 2V LED สามารถเปลงแสงออกไดหลายสีขึนอยู ้ กั บวา นําสารกึงตั ่ วนําชนิดใด มาสรางเปน LED กรณีสีแดงและเหลืองทําจากแกลเลี่ยมอารเซไนดฟอสไฟด (GaAsP) สวนสีเขียวทําจากแกลเลียมฟอสไฟด ่ (GaP) ปริมาณกระแสไฟฟาทีเหมาะสมสํ ่ าหรับขับ LED คือ 10-20mA ดังนันใน ้ การใชงาน LED จึงตองมีตัวตานทานจํากัดกระแสตออนุกรมรวมอยูด วยการหาคา ของตัวตานทานทีใช ่ ในการจํากัดกระแสให LED ทําไดโดยใชสูตร RS 

Vcc  VF IF

โดยที่ VCC คือไฟเลียง, ้ VF คือแรงดันไบแอสตรงที่ตกครอม LED และ IF คือกระแสไฟฟาที่ไหลผาน LED เมื่อไดรับไบแอสตรง

(ก) สัญลักษณของ LED ขาแคโทด

ขาแอโนด

(ข) โครงสรางภายในของ LED R1 Vs

LED1

(ค) การตอตัวตานทานเพื่อจํากัด

ในทางตรงกันขาม หากจายแรงดันไบแอสกลับแก LED นอกจาก LED กระแสใหแก LED จะไมทํางานแลว อาจทําให LED เสียหายเนื่องจาก LED มีอัตราการทนแรงดัน ยอนกลับไดไมสูงนัก เพียง 3-10V เทานั้น

SENSOR2

P2 P1

MOTOR P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

SENSOR1 SENSOR0

Stepper motor Co-processor

RELAY

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

รูปที่ 2-1 แสดงพืนที ้ ของอุ ่ ปกรณเอาตพุตบน SCi-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

SENSOR3

P11 P10

     SCi-B X 24  

วงจรขับรีเลยและมอเตอรไฟตรงนั้น จะตองเลือกอยางใดอยางหนึง่ โดยใช จัมเปอร ๊ RELAY/MOTOR บนบอรด SCiBOX สวนวงจรขับ LED จะสามารถสังการ ่ ได โดยตรง และจะแสดงผลไปพร อมๆ กับวงจรขับรีเลยหรือมอเตอรดวย

2.2 วงจรขับรีเลย 12V P11 P10

มี 4 ชอง มีพิกัดหนาสัมผัสทนแรงดันไฟสลับ 220Vac 5A ขับดวยขาพอรต P8-P11 ของ i-Stamp P8

LED ที่ตําแหนงขา P8-P11 จะติดสวางตามการทํางาน รีเลยดวย เชน ถา P8 RELAY ทํางาน LED ที่ตําแหนง P8 จะติดสวาง P1

RELAY

MOTOR

RELAY 12V 5A

P11 RELAY P10 RELAY

RELAY 12V 5A

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

RELAY 12V 5A

หนาสัมผัสของรีเลย เสมือนเปนสวิตชตัดตอ

i สัญลักษณของรีเลย หนาสัมผัส NC

ขดลวด

รีเลย (Relay) เปนอุปกรณแมเหล็กไฟฟาแบบหนึ่งทีทํ่ าหนาที่เปนสวิตชตัดตอหนึ่ง ชุดหรือมากกวา ขึนอยู ้ กับจํานวนหนาสัมผัสที่รีเลยตัวหนึ่ง ๆ บรรจุอยู รีเลยประกอบ ดวยสวนสําคัญ 2 สวนคือ ขดลวด (coil) และหนาสัมผัส (contact) แบงเปนหนาสัมผัส ปกติ (Normally Closed :NC) และปกติเปดวงจรหรือไมตอ (Normally Opened :NC) การกระตุนให  รีเลยทํางานทําไดงายมากเพียงจายแรงดันใหแกขดลวดในปริมาณทีขด ่ ลวดนันต ้ องการ ก็จะทําใหแมเหล็กไฟฟาเกิดขึนที ้ หน ่ าสัมผัส เกิดการดูดหนาสัมผัสจาก จุด NC มายังจุด NO ดังนันเมื ้ อรี ่ เลยทํางานหนาสัมผัส NO จะตอวงจร สวน NC จะเปด วงจรแทน ในลักษณะนี้ทํางานเหมือนเปนสวิตช 2 ทางทีควบคุ ่ มดวยแมเหล็กไฟฟา

C NO

+ -

รีเลยยังไมทํางาน

+ -

C NO

รีเลยเริ่มทํางาน

     SCi-B X   25

2.3 วงจรขับมอเตอรไฟตรง สามารถขับมอเตอรไฟตรงสูงสุด 12V 500mA จํานวน 2 ตัว ใชขาพอรต P8-P9 สําหรับขับ มอเตอรตัวที่ 1 และ P10-P11 สําหรับขับมอเตอรตัวที่ 2 มี LED 2 สีแสดงขั้วของแรงดันที่จายใหแก มอเตอรไฟตรง ถาหาก LED แสดงสีแดง หมายถึงจายไฟกลับขั้ว ถา LED แสดงสีเขียว หมายถึง จาย ไฟตรงขั้ว ซึ่งจะมีผลตอทิศทางในการหมุนของมอเตอร โดยมีการทํางานดังนี้ มอเตอร A P8 P9 0 1 1 0 0 0 1 1

การทํางานของมอเตอร หมุนกลับทาง (LED แสดงสีแดง) หมุนตามทิศ (LED แสดงสีเขียว) แกนอิสระ (LED ดับ และแกนมอเตอรเปนอิสระ หมุนดวยมือไดงาย) บังคับแกน (LED ดับ และแกนมอเตอรถูกบังคับ หมุนดวยมือไดยาก)

มอเตอร B P10 P11 0 1 1 0 0 0 1 1

2.4. วงจรขับสเต็ปเปอรมอเตอร สามารถขับสเต็ปเปอรมอเตอรแบบยูนิโพลาร 12V 500mA ได 2 ตัว โดยใชขา P14 และ P15 ของ i-Stamp2P24 หัวใจหลักคือไมโครคอนโทรลเลอรรวมซึงเรี ่ ยกวา สเต็ปเปอรมอเตอรโคโปรเซสเซอร (Stepper motor Co-processor) ทําหนาทีรั่ บขอมูลในอนุกรมมาจากขาพอรต P14 เรียกขานีว้ า SERIN จากนันสเต็ ้ ปเปอรมอเตอรโคโปรเซสเซอรจะประมวลผลขอมูลเพือขั ่ บมอเตอรใหหมุนตามทีกํ่ าหนด ในขณะทีสเต็ ่ ปเปอรมอเตอรโคโปรเซสเซอรทํางานอยู จะสงสัญญาณกลับไปยัง i-Stamp2P24 ผานทางขาพอรต P15 เพือแจ ่ งใหทราบวา ยังคงขับมอเตอรอยู ไมสามารถรับขอมูลใหมได จะเรียกขา สัญญาณนีว้ า BUSY การรีเซตทําไดโดยสงสัญญาณมาทีขา ่ RST ของสเต็ปเปอรมอเตอรโคโปรเซสเซอร การรับขอมูลเพือขั ่ บสเต็ปเปอรมอเตอรใชหรืออัตราเร็วในการถายทอดขอมูล 9,600 บิตตอวินาที จํานวนบิตขอมูลคือ 8 บิต และไมมีบิตตรวจสอบขอมูล ทุกครั้งทีส่ งขอมูลมายังสเต็ปเปอรมอเตอร โคโปรเซสเซอรจะมีสัญญาณ BUSY ตอบรับลอจิก “0” กลับไปยัง i-Stamp2P24 เพือแจ ่ งวากําลังกระทํา คําสังอยู ่  และเมือเสร็ ่ จสิน้ สัญญาณ BUSY ก็จะเปนลอจิก “1” โดยอัตโนมัติ เพือกระทํ ่ าคําสังต ่ อไป

     SCi-B X 26  

สเต็ปเปอรมอเตอร (stepper motor) เปน

มอเตอรแบบหนึ่งที่มีการหมุนแบบเปนจังหวะหรือเรียกวาเปนสเต็ป กลา วคือ เมื่อจายสัญญาณใหแกมอเตอรอยางถูกตอง มอเตอรจะหมุนไปเปน จังหวะ สวนจะหมุนซายหรือขวาขึ้นอยูกับขั้วของการจายไฟใหแกขดลวด ภายในมอเตอร ความละเอียดของการหมุนของสเต็ปเปอรมอเตอรจะขึนอยู ้  กับโครงสรางของสเต็ปเปอรมอเตอรและวงจรขับ โครงสรางของสเต็ปเปอรมอเตอรแบบยูนิโพลารจะพันขดลวด 2 ขดบนแตละขัวแม ้ เหล็กของแกนเหล็กคงที่ (สเตเตอร : stater) แตละขดแบง เปน 2 เฟส รวมมอเตอรทั้งตัวมีขดลวด 4 เฟส คือ เฟส 1, 2, 3 และ 4 มีการ ตอสายจากขดลวดแตละขดเพื่อจายไฟเลี้ยง ทําใหสเต็ปเปอรมอเตอรแบบ นี้มี 5 และ 6 สาย โดยสายที่ 5 และ 6 คือสายไฟเลียง ้ ในกรณี 6 สายตอง นําสายไฟเลียงทั ้ ้งสองมาตอรวมกัน แลวจายไฟจึงจะทําใหมอเตอรทํางาน การขับสเต็ปเปอรมอเตอรอยางงายมี 3 แบบคือ ฟูลสเต็ปหนึงเฟส, ่ ฟูลสเต็ปสองเฟส และ ฮาลฟสเต็ป แบบหนึ่งเฟสเปนการขับที่งายที่สุด โดยปอนสัญญาณกระตุนขด ลวดครั้งละเฟสไลกันไป เชน เริ่มจากเฟสที่ 1 ตอดวยเฟสที่ 2, 3 และ 4 แลววนกลับมาเฟสที่ 1 ใหม หรือเริ่มจากเฟสที่ 1 ไปยังเฟสที่ 4, 3 และ 2 แลววนกลับมาเฟสที่ 1 อีกครัง้ ดวยลําดับการปอนสัญญาณทีต่ างกัน ทําให ทิศทางการหมุนของสเต็ปเปอรมอเตอรสวนทางกันดวย การขับสเต็ปเปอร มอเตอรแบบนี้ จะมีขดลวดเพียงเฟสเดียวที่ไดรับสัญญาณกระตุน แบบสองเฟสคลายกับแบบหนึ่งเฟส แตแทนที่จะสงสัญญาณเพียง เฟสเดียว จะปอนสัญญาณไปยังเฟสของมอเตอรที่ใกลกันในเวลาเดียวกัน และเรียงลําดับกันไป เริมด ่ วยการปอนสัญญาณไปยังเฟสที่ 1 และ 2 พรอม กันในสเต็ปที่ 1 จากนั้นปอนสัญญาณไปยังเฟสที่ 2 และ 3 ถัดมาในสเต็ป ที่ 3 ปอนสัญญาณไปที่เฟส 3 และ 4 สเต็ปที่ 4 ปอนสัญญาณไปยังเฟสที่ 4 และ 1 แลววนกลับไปที่เฟสที่ 1 และ 2 อีกครั้ง ดวยการขับแบบนี้ทําใหได แรงบิดหรือทอค (toque) มากขึน้ แตใชพลังงานในการขับเพิ่มมากขึน้ แบบฮาลฟสเต็ป เปนแบบทีได ่ รับความนิยมมากทีสุ่ ด เนืองจากช ่ วย ใหมอเตอรหมุนไดอยางละเอียดมากขึนเป ้ นสองเทาของความละเอียดปกติ การขับแบบนี้ผสมระหวางแบบหนึ่งและสองเฟส กลาวคือ มีทั้งการปอน สัญญาณกระตุนไปยังขดลวดเพียงเฟสเดียวและพรอมกันสองเฟสในชวง เวลาหนึ่ ง ด วยการขับแบบนี้สงผลใหแรงบิดเพิ่มขึน้ ความถูกตองของ ตําแหนงทีหมุ ่ นมีเพิมมากขึ ่ น้ เพียงแตวาในการขับแตละสเต็ปจะใหผลเพียง ครึงสเต็ ่ ปของการขับปกติ ดังนันหากต ้ องการใหการเคลือนที ่ เป ่ นไปแบบเต็ม สเต็ป จะตองกําหนดใหทําการหมุนไป 2 สเต็ปตอเนื่องกัน

PHASE 4

+V PHASE 3

PHASE 3

PHASE 2

PHASE 1

PHASE 2 +V PHASE 1

โครงสรางของสเต็ปเปอรมอเตอรแบบ ยูนิโพลาร สเต็ปที่ PHASE 1 PHASE 2 PHASE 3 PHASE 4 1 ทํางาน 2 ทํางาน 3 ทํางาน 4 ทํางาน

การปอนสัญญาณเพือขั ่ บสเต็ปเปอรมอเตอร แบบฟูลสเต็ปหนึงเฟส ่ สเต็ปที่ PHASE 1 PHASE 2 PHASE 3 PHASE 4 1 ทํางาน ทํางาน 2 ทํางาน ทํางาน 3 ทํางาน ทํางาน 4 ทํางาน ทํางาน

การปอนสัญญาณเพือขั ่ บสเต็ปเปอรมอเตอร แบบฟูลเต็ปสองเฟส สเต็ปที่ PHASE 1 1 ทํางาน 2 ทํางาน 3 4 5 6 7 8 ทํางาน

PHASE 2 ทํางาน ทํางาน ทํางาน -

PHASE 3 ทํางาน ทํางาน ทํางาน -

PHASE 4 ทํางาน ทํางาน ทํางาน

การปอนสัญญาณเพือขั ่ บสเต็ปเปอรมอเตอร แบบฮาลฟสเต็ป

     SCi-B X   27

2.5 แผงวงจรไฟแสดงผล 2 สี : ZX-LED2C

(ตอกับ P0-P7)

ใช LED แบบ 2 สีในการแสดงผล โดยเลือกได 2 แบบ

LED

220

R HIGH

LOW

LED

HIGH

LOW

ชอง HIGH ถาอินพุตเปนลอจิก "1" LED ติดเปนสีแดง ชอง LOW ถาอินพุตเปนลอจิก "0" LED ติดเปนสีเขียว ถาไมใชสัญญาณทีกํ่ าหนด LED จะดับ ถาเปนสัญญาณลอจิก "0" จะแสดงผลเปนสีเขียว ถาเปนสัญญาณลอจิก "1" จะแสดงผลเปนสีแดง

Bi-color LED

2.6 แผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด : ZX-IrLED

(ตอกับ P0-P7)

ใช LED เปลงแสงอินฟราเรดขนาด 3 มม. ใชงานได 2 แบบคือ ทํางานเมื่อไดรับลอจิก "1" ใชกับแผงวงจรโฟโตทรานซิสเตอรเพือวั ่ ด ระดับความเขมของแสงอินฟราเรดทีส่ งออกไป สงแบบสัญญาณความถี่ ดวยการผสมสัญญาณพาหความถี่ 38kHz ในกรณีนีใช ้ รวมกับ แผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรดเพื่อตรวจสอบการรับสัญญาณ สงแบบตอเนือง ่

Infrared LED 150 Infrared LED

LED ทีให ่ แสงอินฟราเรดมักนิยมทําจากแกลเลี่ยมอารเซไนด (GaAs)

     SCi-B X 28  

2.7 SLCD16x2 : โมดูล LCD แบบอนุกรม

(ตอกับ P0-P7)

 แสดงผลได 16 ตัวอักษร 2 บรรทัด  ตอกับพอรตของไมโครคอนโทรลเลอร i-Stamp ไดโดยตรง

(ในกรณีใช SCi-BOX ตอเขาทีขา ่ P0-P7 ขาใดขาหนึ่ง)  เชือมต ่ อกับพอรตอนุกรม RS-232 ไดโดยตรง ่ อเปนแบบโดยตรง (direct) หรือ  สามารถเลือกสัญญาณเชือมต แบบกลับลอจิก (invert) ได  เลือกอัตราเร็วในการถายทอดขอมูลได 2 คาคือ 2,400 และ 9,600

บิตตอวินาที ในรูปแบบขอมูล 8 บิต ไมมีพาริตี้ บิตหยุด 1 บิต (8N1)  เลือกชุดคําสั่งควบคุมไดทังแบบมาตรฐานและเพิ ้ ่มเติม  ใชสายตอ 3 เสนคือ Vcc (+), GND (G) และ Serial input (S)  ใชไฟเลี้ยงไดตั้งแต +5 ถึง +12V

2.7.1 การใชงาน SLCD : โมดูล LCD แบบอนุกรม ในรูปดานลางแสดงรายละเอียดของแผงวงจรดานหลังของ SLCD บนบอรดมีจัมเปอร ๊ เพือควบ ่ คุมการทํางานทังสิ ้ ้น 4 ตัว ดังมีรายละเอียดตอไปนี้

ZX-400 บอรดเชื่อมตออนุกรมสําหรับโมดูล LCD 14

คอนเน็กเตอรสําหรับเชื่อมตอโมดูล LCD มาตรฐาน ทั้งแบบแถวเดี่ยว 1x14 ขา และแถวคู 2x7 ขา

ปรับความสวางของจอแสดงผล

INPUT

ตอลงกราวด

+ S G

BRIGHTNESS

DI IN

24 96

16 8

NXP1008S-LCD

ST EX

CONNECTOR 2x7 PIN

CONNECTOR 14 PIN

ขอมูลอนุกรม ตอไฟเลี้ยง

เลือกโหมดคําสั่ง

เลือกการแสดงผล

เลือกบอดเรต

เลือกลักษณะสัญญาณ

คําสั่งเพิ่มเติม (EX)

8 หลักตอบรรทัด (8)

9600 บิตตอวินาที (96)

กลับลอจิกหรือ RS-232 (IN)

คําสั่งมาตรฐาน (ST)

16 หลักตอบรรทัด (16)

2400 บิตตอวินาที (24)

เชื่อมตอโดยตรง (DI)

     SCi-B X   29

1. จั๊มเปอรเลือกโหมดคําสั่ง (mode command jumper) ใชเลือกโหมดคําสังเพื ่ ่อควบคุมการ แสดงผลของโมดูล LCD ซึ่งเลือกได 2 โหมดคือ โหมดคําสังมาตรฐาน ่ (ST) ซึงจะตรงกั ่ บโมดูล LCD ของ Scott Edwards ที่ไดรับความนิยมทั่วโลก และโหมดคําสังเพิ ่ ่มเติม (Extended mode command : EX) ดูรายละเอียดเพิ่มเติมไดในกิจกรรมที่ 24 ของบทที่ 6 ปกติเลือกใชโหมดคําสั่งมาตรฐาน (ST) 2. จัมเปอร ๊ เลือกบรรทัดของการแสดงผล (lines jumper) ใชเลือกจํานวนบรรทัดของการแสดง ผล มีดวยกัน 2 แบบคือแบบ 1/8 Duty หมายถึง เลือกแสดงผล 8 หลักตอบรรทัด และแบบ 1/16 Duty หมายถึง เลือกแสดงผล 16 หลักหรือตัวอักษรตอบรรทัดหรือมากวา ปกติจะเลือกไวที่ 1/16 ซึ่งหมาย ถึง เลือกการแสดงผลแบบหลายบรรทัด 3. จั๊มเปอรเลือกบอดเรตหรืออัตราเร็วในการสื่อสารขอมูลอนุกรม (baudrate select jumper) เลือกได 2 คาคือ 2400 บิตตอวินาที และ 9600 บิตตอวินาที ในรูปแบบจํานวนบิตขอมูล 8 บิต ไมมีบิต พาริตี้ และมีบิตหยุด 1 บิต 4. จั๊มเปอรเลือกรูปแบบของสัญญาณเชือมต ่ อ (interface signal jumper) มีดวยกัน 2 แบบ คือ แบบกลับลอจิกและ RS-232 (invert logic TTL/CMOS level or RS-232 : IN) กับแบบเชือมต ่ อโดย ตรง (direct logic TTL/CMOS level : DI) ถาหากนํา SLCD ไปเชื่อมตอกับพอรตอนุกรมของ คอมพิวเตอรตองเลือกไปที่ IN ถาหากเชือมต ่ อกับไมโครคอนโทรลเลอรโดยตรง สามารถเลือกไดทัง้ IN และ DI การปรับความสวางของจอแสดงผลทําไดโดยปรับที่ตําแหนง BRIGHTNESS จุดเชื่อมตอกับอุปกรณภายนอกมี 3 จุดคือ จุดตอไฟเลี้ยง +Vcc (+), อินพุตสัญญาณอนุกรม (serial input : S) และจุดตอกราวด (GND : G)

2.7.2 การเชื่อมตอ SLCD กับ SCi-BOX ทําไดงายมาก เพียงตอสายสัญญาณจากขาพอรต P0-P7 ขาใดขาหนึ่งบนบอรด SCi-BOX เขา กับขาขอมูลของ SLCD สวนการกําหนดจั๊มเปอรเพื่อเลือกการทํางานของโมดูลแสดงผล SLCD ใน ชุดซอฟตแวร SCi-BOCX Activity จะมีการกําหนดใหเลือกจั๊มเปอรไวอยางเหมาะสมแลว สามารถดู ไดจากตัวอยางในแตละกิจกรรม ดังนันในการทดลองขั ้ ้นตน ผูเรี  ยนหรือผูทดลองไมมีความจําเปนตองเขียนคําสังเพื ่ ่อควบคุม การแสดงผลของโมดูล SLCD แตอยางใด และจะมีรายละเอียดเพิ่มเติมพรอมทั้งตัวอยางโปรแกรม

     SCi-B X 30  

     SCi-B X   31

 

      สัญญาณดิจิตอลจะพิจารณาที่ระดับสัญญาณเปนหลัก ซึงมี ่ เพียง 2 ระดับคือ ระดับสูงและตํา่ โดยระดับสัญญาณนี้อาจเรียกวา ลอจิก (logic) ระดับสัญญาณสูงในทางดิจิตอลคือระดับสัญญาณที่มี คาใกลเคียงหรือเทากับแรงดันไฟเลี้ยง กําหนดใหเปนลอจิก “1” หรือ “high” สวนระดับสัญญาณตํา่ คือ ระดับสัญญาณที่เทียบเทากราวด กําหนดเปนลอจิก “0” หรือ “low” ดังนั้ นแผงวงจรตรวจจั บสัญญาณดิจิตอลก็จะใหผลการตรวจจับออกมาเปนระดับลอจิก เชนกัน โดยในชุด SCi-BOX ไดจัดเตรียมแผงวงจรตรวจจับสัญญาณแบบดิจิตอลไว 3 กลุม คือ 1. กลุมตรวจจับสัญญาณแบบลอจิก (กลุม D) ประกอบดวย แผงวงจรสวิตช (ZX-SWITCH), แผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz (ZX-IRM : 38kHz Infrared Receiver mudule) และแผงวงจร เปรียบเทียบสัญญาณ (ZX-COMPARATOR) 2. กลุมตรวจวัดคาคงที่เวลา RC (กลุ ม C) ไดแก แผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา (CAPACITANCE) 3. กลุมตรวจจับสัญญาณชั่วขณะ ไดแก แผงวงจรตรวจจับเสียง (ZX-SOUND)

     SCi-B X 32  

3.1 แผงวงจรตรวจจับสัญญาณลอจิก 3.1.1 แผงวงจรสวิตช : ZX-SWITCH

(ตอกับ P0-P7)

LOW

เมื่อกดเปนลอจิก 0 และแสดงไฟเปนสีเขียว

HIGH

มีสวิตชพรอมไฟแสดงผลใหเอาตพุต 2 แบบคือ ที่ชอง HIGH ถากดสวิตชจะสงลอจิก”1” ไฟสีแดงติด ที่ชอง LOW ถากดสวิตชจะสงลอจิก “0” ไฟสีเขียวติด ถาไมมีการกด LED ดับ ลอจิกที่ไดก็จะไดผลกลับกัน

เมื่อกดเปนลอจิก 1 และแสดงไฟเปนสีแดง

SWITCH

10k

510

HIGH

LOW

3.1.2 แผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz : ZX-IRM

Bi-color LED

(ตอกับ P0-P7)

ใชตรวจจับแสงอินฟราเรดที่ผสมสัญญาณพาหความถี่ 38 kHz ใหผลเปนลอจิก “1” เมื่อตรวจจับสัญญาณไมได ใหผลเปนลอจิก “0” เมื่อตรวจจับสัญญาณแสงได INFRARED RECEIVER

3 IR Receiver module

0.1/50V

1 2

ปกติแลวโมดูลรับแสงอินฟราเรดทํางานไดดีทีสุ่ ดทีความถี ่ ่ 38.5kHz แต ในความเปนจริง โมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz สามารถรับสัญญาณ ทีมี่ ความถีใกล ่ เคียงเขามาได แตการตอบสนองหรือความไวจะลดลง อยางมาก จากรูปเปนกราฟแสดงใหเห็นถึงความไวในการรับสัญญาณ ของโมดูลรับแสงอินฟราเรดทีความถี ่ ต่ างๆ ทีความถี ่ ่ 38.5kHz จะเปน จุดทีให ่ ความแรงของสัญญาณสูงสุด

ความไว (5dBตอชอง)

18 22 26 30 34 38 42 46 50 54 58

ความถี่ (kHz)

     SCi-B X   33

3.1.3 แผงวงจรเปรียบเทียบสัญญาณ : ZX-COMPARATOR

(ตอกับ P0-P7)

ใชเปรี ยบเทียบแรงดันระหวาง A กับ B โดยใหผลลัพธเปน สัญญาณดิจิตอลลอจิก "0" พรอมกับไฟแสดง มี 2 เอาตพุตคือ เอาตพุต A>B และ B>A ขอจํากัด : ระดับของสัญญาณที่นํามาเปรียบเทียบกันจะตองไม เกิน 3.5 V.

A>B RED

B>A GREEN

510

A>B

ใหลอจิก "0" เมื่อ A > B ใหลอจิก "0" เมื่อ B > A

แผงวงจรเปรียบเทียบสัญญาณ : Comparator

Input 3.5V max.

A>B

B>A

LM339 1

COMPARATOR

B>A

Active Low output

3.2 แผงวงจรตรวจวัดคาคงทีเวลา ่ RC (กลุม C) แผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา : CAPACITANCE

(ตอกับ P0-P7)

ใชวัดคาความจุไฟฟาในหนวยฟารัด (Farad) โดยวัดจากคาบเวลาคงที่ RC +5V.

ST=0 10k

PORT

C ที่ตองการวัด GND

+5V.

C ที่ตองการวัด PORT

10k ST=1

GND

คุณสมบัติของแผงวงจรเมือต ่ อที่จุด ST=0 เปนการวัดโดยใชเทคนิคการวัดคาบเวลาคงที่ RC ทีใช ่ ในการประจุตั้งแต แรงดันเริ่มตน 0V ถึง 1.5V (มีประจุอยู 33.3 % ของแรงดัน) ซึงเวลาที ่ ่ได จะใหคาบเวลาแปรผันตามคา R และ C ที่ตอรวมดวย การคายประจุ ใหสงแรงดัน 0V ออกไป คุณสมบัติของแผงวงจรเมือต ่ อที่จุด ST=1 เปนการวัดโดยใชเทคนิคการวัดคาบเวลาคงที่ RC ทีใช ่ ในการประจุตั้งแต แรงดันเริ่มตน 5V จนกระทังเหลื ่ อ 1.5V (มีประจุอยู 66.7 % ของแรงดัน) ซึงเวลาที ่ ่ไดนี้ จะใหคาบเวลาแปรผันตามคา R และ C ทีต่ อรวมดวย การคายประจุ ใหสงแรงดัน +5V ออกไป

     SCi-B X 34  

3.2 แผงวงจรตรวจจับสัญญาณชัวขณะ ่ แผงวงจรตรวจจับเสียง : ZX-SOUND (ตอกับ P0-P7 หรือ SENSOR0 -SENSOR7) ใชตรวจจับการเปลี่ยนแปลงระดับเสียง เชนเสียงปรบมือ เสียงพูด ใชงานเปนไดทั้งตัวตรวจจับดิจิตอลและอะนาลอก กรณีทํางานกับอินพุตดิจิตอล (P0 - P7) เปนลอจิก "0" เปนลอจิก "1"

ในภาวะปกติ เมือมี ่ เสียงเขามา R1 22k

C2 0.1uF/50V

3 R2 2 100k

R6 1k

R5 68k 6

IC1/1

IC1/2

R7 12R 7 C3 22uF +

MIC1

C1 470uF/16V

R4 R3 100k 1k

IC1 : MCP6002

คอนเดนเซอรไมโครโฟน หลักการทํางานคือ เมื่ อมี สั ญญาณเสี ยงมาตกกระทบแผนเคลื่อนไหว หรือไดอะแฟรม (diaphram) ซึงเป ่ นแผนตัวนําไฟฟา ด วย ทําใหเกิดการเคลื่อนที่ ความจุไฟฟาภายใน ระหวางแผนตัวนําทังสองแผ ้ นเกิดการเปลี่ยนแปลง ตามการสั่นของคลื่นเสียง แรงดันตกครอมของตัว ไมโครโฟนก็จะเปลี่ยนแปลงตามไปดวย จึงทําใหเกิด เปนสัญญาณไฟฟาออกมา ขอดีของไมโครโฟนแบบ นีคื้ อ สามารถตอบสนองตอเสียงไดดี มีความไวสูง ให สัญญาณเอาตพุตมีความแรงเหมาะสมกับคาความ ตานทานทางไฟสลับของมัน แตขอเสียคือ ตองมีแรง ดันไฟฟาเลี้ยงไวตลอดเวลา

ระยะหางเกิดการเปลี่ยนแปลง ทําใหคาความจุไฟฟาเปลี่ยนแปลง แผนตัวนําอยูกับที่ แผนตัวนําเคลื่อนไหว

+Vcc

คลื่นเสียง สัญญาณเอาตพุต

     SCi-B X   35

 

     ในการนําไมโครคอนโทรลเลอรเขาไปเชือมโยงใช ่ งานในการทดลองทางวิทยาศาสตร หัวใจ สําคัญคือ กระบวนการแปลงสัญญาณหรือปริมาณทางวิทยาศาสตรมาเปนสัญญาณไฟฟาหรือขอมูล ทางดิจิตอล ซึ่งจะมีดวยกัน 2 กระบวนการหลักคือ 1. กระบวนการตรวจจับและแปลงสัญญาณหรือปริมาณทางวิทยาศาสตรมาเปนสัญญาณไฟฟา 2. กระบวนการแปลงสัญญาณอะนาลอกเปนดิจิตอล (analog to digital conversion : ADC) ในกระบวนการแรก อุปกรณสําคัญคือ ตัวตรวจจับหรือเซนเซอร (sensor) หนาทีสํ่ าคัญคือ เปลียนหรื ่ อแปลงปริมาณทางวิทยาศาสตรมาเปนแรงดันไฟฟา อาทิ ไมโครโฟนใชในการแปลงสัญญาณเสียงเปนสัญญาณไฟฟา เทอรมิสเตอรใชตรวจวัดอุณหภูมิเพือเปลี ่ ยนเป ่ นคาความตานทานไฟฟา ตัวตรวจจับปรากฏการณฮอลล (hall effect) ใชตรวจจับสนามแมเหล็กแปลงเปนแรงดันไฟฟา ตัวตานทานแปรคาตามแสงใชในการตรวจจับแสงเพือเปลี ่ ยนเป ่ นคาความตานทานไฟฟา สวนในกระบวนการที่สอง จะเปนเรื่องของวงจรอิเล็กทรอนิกสที่จะนําสัญญาณไฟฟาที่ได จากกระบวนการแรกมาแปลงเปนขอมูลทางดิจิตอลเพือส ่ งไปยังประมวลผลยังไมโครคอนโทรลเลอร ตอไป จุดที่ตองใหความสนใจในสวนนี้คือ ความละเอียดในการแปลงสัญญาณ วงจรแปลงสัญญาณ อะนาลอกเปนดิจิตอลทีเหมาะสมในการนํ ่ ามาใชในการทดลองวิทยาศาสตรควรมีความละเอียดไมนอย กวา 8 บิต ซึ่งใหความแตกตางของขอมูล 256 คา และถายิงมี ่ ความละเอียดสูงเทาใดยิงดี ่ เพราะจะให ผลการแปลงที่แมนยํามากขึน้ แตนั่นจะทําใหตนทุนของระบบสูงขึ้นตามไปดวย

     SCi-B X 36  

ในชุด SCi-BOX ไดบรรจุแผงวงจรตรวจจับสัญญาณทางอะนาลอกไวมากเพียงพอตอการ ตรวจวัดปริมาณทางวิทยาศาสตรที่สําคัญอยางครบถวนรอบดาน อันประกอบดวย 1. แผงวงจรตรวจจับแสง (LDR Light sensor : ZX-LDR) 2 ชุด 2. แผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน (Light reflector : ZX-REFLECT) 2 ชุด 3. แผงวงจรตรวจจับอุณหภูมิ (Temperature sensor : ZX-THERMISTOR) 2 ชุด 4. แผงวงจรตรวจจับและวัดสนามแมเหล็ก (Magnetic field sensor : ZX-MAGNETIC) 1 ชุด 5. แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดเพือจ ่ ายแรงดัน 5 ชุด แบงเปน 3 แบบคือ แบบโปเทนชิโอ มิเตอร ตัวตัง้ (ZX-POTV) 2 ชุด, ตัวนอน (ZX-POTH) 2 ชุด และแบบสไลด (ZX-SLIDE) 1 ชุด 6. แผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดโดยใชโฟโตทรานซิสเตอร (ZX-PHOTO Transistor) 2 ชุด 7. แผงวงจรวัดกระแสไฟฟา (Current : ZX-CURRENT) 1 ชุด 8. แผงวงจรวัดความตานทานไฟฟา (Resisitance : ZX-RESISTANCE) 1 ชุด 9. แผงวงจรลดทอนแรงดันไฟฟา (Voltage attenuator : ZX-VOLT) 1 ชุด สําหรับวัดแรงดันไฟฟา การเชือมต ่ อแผงวงจรตรวจจับสัญญาณอะนาลอกทั้งหมดเขากับ SCi-BOX ทําไดโดยตอสาย สัญญาณเขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 ถึง SENSOR7 เบื้ องต นกั บการแปลงสั ญญาณอะนาลอกเป น ดิจิตอล

สัญญาณจะไดรับการแปลงเปนจํานวนทางดิจิตอล โดยการ ขอมูลดิจิตอล 001101100111 สุมหรื  อแซมปลิ้ง (sampling) ดังในรูป ถาหากวงจรแปลงสัญญาณ 000101101111 มีเอาตพุต 8 เสน จะมีขอมูลเกิดขึน้ 28 หรือ 256 รหัส ค าความละเอี ยดของตัวแปลงสัญญาณถู กอธิบายดวย สัญญาณอะนาลอก ระยะหางทีน่ อยทีสุ่ ดของคาแรงดันทางอินพุตทีเพิ ่ มขึ ่ น้ ซึงถู ่ กกําหนด โดยตัวแปลงสัญญาณนัน้ ระยะหางยิงน ่ อยเทาไหร คาความละเอียด ยิ่งสูงขึ้น โดยคาความละเอียดแปรผันตรงกับจํานวนบิตเอาตพุต ถาตัวแปลงสัญญาณมีขนาด 8 บิต ระดับของสัญญาณอินพุตถูก ระยะหางของการสุม แทนเปนเลขฐานสองจาก 00000000 ถึง 11111111 ถาอินพุตเริ่ม การสุมสั  ญญาณอะนาลอกเพือกํ ่ าหนดขอมูลดิจิตอล ตนจาก 0-5 V ดังนั้นความละเอียดเทากับ 5/256 = 0.0195V ถาขอมูลเอาตพุตเปน 00000001 จะแทนแรงดัน 0.0195V ถาเปน 00000010 จะแทนแรงดัน 0.039 V ในทางกลับกันหากตองการทราบขอมูลดิจิตอลของแรงดัน 3.042 V จะหาไดจาก 3.042/0.0195 = 156 ฐานสิบ แปลงเปนเลขฐานสองจะไดคาเทากับ 10011100

     SCi-B X   37

ในบทนีจะอธิ ้ บายถึงแผงวงจรตรวจจับสัญญาณอะนาลอกทังหมดที ้ มี่ ในชุด SCi-BOX เพือเป ่ น ขอมูลเบื้องตนในการทําความเขาใจถึงการทํางาน สําหรับการนําไปทดลองนั้นสามารถกระทําได 2 วิธีคือ ทดลองผานชุดซอฟตแวร SCi-BOX Activity ในวิธีนีผู้ ทดลองสามารถดํ  าเนินการทดลองไดตาม ขั้นตอนที่ระบุในหนาตางของโปรแกรม และดูผลการทดลองไดในทันที โดยไมจําเปนตองเขียน โปรแกรมติดตอกับไมโครคอนโทรลเลอร i-Stamp2P24 บนบอรด SCi-BOX แตอยางใด วิธีทีสอง ่ จะเปนการติดตอกับไมโครคอนโทรลเลอร i-Stamp บนบอรด SCi-BOX จึงตองมีการ เขี ยนโปรแกรมภาษาเบสิกขึ้นเองเพื่อทําการทดลอง ซึ่ งการทดลองจะมี ความซับซอนหรื อมี ประสิทธิภาพเพียงใดจะขึ้นอยูกั บการเขียนโปรแกรมของผูทดลองเปนปจจัยหลัก ผลทีได ่ คือ ผูเรี  ยน สามารถสรางการทดลองวิทยาศาสตรโดยใชไมโครคอนโทรลเลอรเปนอุปกรณประกอบขึนเองได ้ ซึง่ จะนําไปสูการออกแบบพั  ฒนาและสรางโครงงานวิทยาศาสตรไดดวยตนเองในที่สุด

4.1 แผงวงจรตรวจจับแสง : Light sensor (ZX-LDR) (ตอกับ SENSOR0-SENSOR7) ใชตรวจจับแสงสวาง เลือกเอาตพุตได 2 แบบคือ +

แรงดันเอาตพุตเพิม่ เมื่อแสงตกกระทบ

แรงดันเอาตพุตลดลง เมื่อแสงตกกระทบ A

LDR Light

10k

LDR

ตัวตานทานแปรคาตามแสงหรือ LDR (Light Dependent Resistor)

สารกึ่งตัวนํา ไวแสง ขาตอใชงาน รูปราง

สัญลักษณ

เมื่อแสงมากขึ้น แรงดันที่ไดจะลดลง เมื่อแสงมากขึ้น แรงดันที่ไดจะมากขึ้น

LIGHT

เปนอุปกรณที่มีคุณสมบัติพิเศษคือ คาความตานทานไฟฟาของมันจะเปลียนแปลง ่ เมือมี ่ แสงมาตกกระทบ โดยคาความตานทานจะลดลงเมือมี ่ แสงมาตกกระทบ และเพิมค ่ ามากขึนหากแสงที ้ ตกกระทบลดความสว ่ างลง และสูงสุดเมือไม ่ มีแสง ใดๆ ตกกระทบ คาความตานทานของ LDR จะอยูในช  วง 1k - 500k อัตราสวน ของความตานทานในชวงมืดตอสวางมีคาประมาณ 10,000 : 1 ความไวในการรับแสง ของ LDR จะขึนกั ้ บชนิดของสารกึงตั ่ วนําทีนํ่ ามาใชผลิต ถาเปนแคดเมียมซัลไฟด (CdS) จะทํางานกับแสงทีมี่ ยานความยาวคลืน่ 0.6 m ซึ่งก็คือแสงสวางธรรมดานั่นเอง ในการเลือกใช LDR ตองสนใจตัวแปร 3 ตัวคือ คาความตานทานสูงสุดเมือไม ่ มีแสงมา ตกกระทบ, คาความตานทานตําสุ ่ ดเมือมี ่ แสงมาตกกระทบ และ แรงดันใชงานสูงสุด

     SCi-B X 38  

4.2 แผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน : REFLECT

(ตอกับ SENSOR0-SENSOR7)

มี LED กําเนิดแสงสีแดงแลวใช LDR หรือตัวตานทาน แปรคาตามแสงรับแสงที่สะทอนกลับมา ใหผลเปนแรงดันแปร ตามความเขมของแสงทีสะท ่ อนกลับมา A

แผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน

REFLECT

LED กําเนิดแสง

LED กําเนิดแสงสีแดง LDR รับแสงสีแดงที่ สะทอนวัตถุกลับมา

LDR

LDR รับแสงสะทอน

+ REFLECT

10k

4.3 แผงวงจรตรวจจับเสียง : ZX-SOUND

Red LED super bright

กรณีทํางานกับอินพุตอะนาลอก (SENSOR0 - SENSOR7) แรงดันเอาตพุต 0V แรงดันเปลี่ยนแปลงในชวง มากกวา 0V ถึง +5V

C2 0.1uF/50V

MIC1

3 R2 2 100k

R6 1k

R5 68k 6

+ IC1/1

IC1/2

R7 12R 7 C3 22uF +

R1 22k

C1 470uF/16V

R4 R3 100k 1k

(ตอกับ SENSOR0 -SENSOR7)

ใชตรวจจับการเปลี่ยนแปลงระดับเสียง เชนเสียงปรบมือ เสียงพูด ใชงานเปนไดทั้งตัวตรวจจับดิจิตอลและอะนาลอก ในภาวะปกติ เมือมี ่ เสียงเขามา

220

IC1 : MCP6002

     SCi-B X   39

4.4 แผงวงจรวัดอุณหภูมิ : Temperature sensor

(ตอกับ SENSOR0-SENSOR7)

ใชวัดอุณหภูมิโดยตัววัดเปนตัวตานทานแปรคาผกผันกับ อุ ณหภูมิ หรื อเทอร มิ สเตอร แบบ NTC (Negative temperature coefficient) เลือกใชได 2 แบบคือ +

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น คาแรงดันก็จะมากขึ้น

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น คาแรงดันก็จะลดลง +

เทอรมิสเตอร ตัวตรวจจับอุณหภูมิ +

Temperature

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แรงดันที่ไดจะลดลง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แรงดันที่ไดจะมากขึ้น

Temperature sensor

เบอรของเทอรมิสเตอรที่ใชในแผงวงจร ตรวจวัดอุณหภูมิ โดยคาความตานทาน ของเทอรมิสเตอร ณ อุณหภูมิหอง (25๐C) มีคาเทากับ 10k

รูปที่ 4-1 กราฟคุณสมบัติของเทอรมิสเตอรทีใช ่ ในแผงวงจรตรวจวัดอุณหภูมิ (Temperature sensor) ในชุด SCi-B X โดยแกนนอนคื อค าของอุณหภูมิรอบตัวเทอรมิสเตอรในหนวยองศาเซลเซียส สวน á ¡ ¹ µÑ é §¤×Í ¤èÒ¤ ÇÒÁµéÒ¹ · Ò¹ ¢ Í §à· Í ÃìÁÔ Êàµ Í Ãìã¹ Ë¹èÇÂ¡Ô âÅâÍ ËìÁ ( k)

     SCi-B X 40  

4.5 แผงวงจรตรวจจับและวัดสนามแมเหล็ก : Magnetic field (ตอกับ SENSOR0-SENSOR7) ใชวัดความเขมของสนามแมเหล็ก ใหผลลัพธเปนแรงดันบวก เมือทิ ่ ศสนามแมเหล็กพุงออกและถ  าสนามแมเหล็กพุงเข  า จะใหผลเปน ลบ เมื่อไมมีสนามแมเหล็กจะไดคากลาง 2.5V และความไวในการวัด คือ 1.3 mV ตอความเขมสนามแมเหล็ก 1 เกาส (Gauss) คาแรงดันที่ได = 2.5 + (0.0013 x ความเขมสนามแมเหล็กใน หนวยเกาส : Gauss) Magnetic field A

Magnetic Field

UGN3503 Hall-effect sensor

ทิศสนามแมเหล็ก พุงออก เปนคาบวก

1 0.1/50V 3 2

4.5.1 คุณสมบัติเบืองต ้ นของ A1302 ในแผงวงจรตรวจจับและวัดสนามแมเหล็กใช A1302 ซึ่งเปนไอซีหนาทีพิ่ เศษสําหรับตรวจ จับปรากฏการณฮอลหรือฮอลเอฟเฟกต (hall effect) มีคุณสมบัติที่สําคัญดังนี้  ตรวจจับสนามแมเหล็กที่มีความไวถึง 23kHz  แรงดันเอาตพุตที่ความหนาแนนสนามแมเหล็ก 0 G คือ 2.5V ที่ไฟเลี้ยง +5V  ความไวในการทํางาน 1.30mV/G ที่ไฟเลี้ยง +5V A1302 มีขาตอใชงาน 3 ขาคือ ขาไฟเลี้ยง (Vcc), ขาแรงดันเอาตพุต (Vout), ขากราวด (GND) ดังแสดงในรูป ที่ 4-2 พรอมกันนั้นในรูปยังแสดงความสัมพันธของแรงดัน เอาตพุตกับคาความหนาแนนสนามแมเหล็ก จะเห็นวา ถาคา ความหนาแนนสนามแมเหล็กมีทิศทางเปนบวก คาแรงดัน เอาตพุตจะเพิ่มสูงขึ้นจากระดับ 0 เกาสซึ่งมีคาแรงดันเทากับ 2.5V และถาหากความหนาแนนสนามแมเหล็กมีทิศทางเปน ลบ คาแรงดันเอาตพุตจะลดลงจากระดับแรงดัน 2.5V

A1302

Vout (V)

+Vcc GND Vout

4.0 B = +500 G

3.5 3.0

B=0G

2.5 2.0 1.5 -40 -20 0

B = -500 G +25

+85

อุณหภูมิใชงาน (องศาเซลเซียส)

รูปที่ 4-2 การจัดขาของ A1302

+125

     SCi-B X   41

ความรูเบื  องต ้ นเกี่ยวกับสนามแมเหล็ก

แมเหล็ก A

แมเหล็ก B

แมเหล็ก A

(ก)

แมเหล็ก B

(ข)

B 

คุณสมบัติแมเหล็ก เปนคุณสมบัติพิเศษที่สามารถดูด โลหะไดของสินแรบางชนิด จึงนําไปใชสรางแมเหล็กถาวร ขั้วแมเหล็ก ประกอบดวยขัวเหนื ้ อ (N) และขั้วใต (S) ถานําแมเหล็ก 2 ชินมาวางใกล ้ กันจะทําใหเกิดแรงกระทําตอกัน โดยถาหากขัวแม ้ เหล็กมีชนิดเดียวกันจะเกิดแรงผลักระหวางกัน ในทางตรงกันขามถาขัวของแม ้ เหล็กทังสองแตกต ้ างกันจะเกิดแรง ดูดระหวางกัน เสนแรงแมเหล็ก เปนเสนแรงที่ถูกสมมุติขึ้นเพื่ออธิบาย พฤติกรรมอํานาจแมเหล็ก โดยเสนแรงแมเหล็กจะวิ่งจากขั้ว N ไปยังขั้ว S แตภายในตัวแทงแมเหล็กจะวิ่งจากขั้ว Sไปยังขั้ว N และมีความหนาแนนของเสนแรงแมเหล็กสูงทีบริ ่ เวณขั้วแมเหล็ก นอกจากนี้ยังสามารถดูดแทงโลหะโดยอาศัยการเหนี่ยวนําให โลหะที่มาเขาใกลนันเป ้ นแมเหล็กชั่วคราว ซึ่งจะทําใหบริเวณที่ ใกลขั้วแมเหล็กของโลหะ กลายเปนขั้วแมเหล็กชนิดตรงขามกับ แมเหล็กถาวร หลังจากนันเสมื ้ อนวามีแมเหล็ก 2 ตัว ทีมี่ ขั้วแม เหล็ กต างชนิดกันมาวางใกลกัน จึงทําใหแมเหล็กและโลหะดัง กลาวเกิดการดูดกัน สนามแมเหล็กโลก มีขั้วแมเหล็ก N อยูที ขั่ ้วโลกใต และ ขั้วแมเหล็ก S อยูที ขั่ ้วโลกเหนือ นันคื ่ อเสนแรงแมเหล็กโลกจะมี ทิศวิ่งจากขั้วโลกใตไปยังขั้วโลกเหนือ ความหนาแนนสนามแมเหล็ก (magnetic flux density) คือ ปริมาณเสนแรงแมเหล็กที่ตกตั้งฉากตอหนึ่งหนวยพื้นที่ และ มีทิศทางเดียวกับเสนแรงแมเหล็กดวยเชนกัน คํานวณหาคาความ หนาแนนของสนามแมเหล็กไดจากความสัมพันธ

เสนแรงแมเหล็ก

 A

B คือ ความหนาแนนสนามแมเหล็ก มี หนวยเปน เวเบอร/ ตารางเมตร (W/m2) หรือ เทสลา (T) f คือ เสนแรงแมเหล็กหรือปริมาณฟลักซแมเหล็ก (เวเบอร) A คือ พื้นที่ตั้งฉากกับเสนแรงแมเหล็ก (ตารางเมตร : m2) คาความหนาแนนสนามแมเหล็กในหนวยเล็กกวาเทสลา ทีนิ่ ยมวัดคือ เกาส (Gauss : G) โดย 1 เทสลาเทากับ 10,000 เกาส

พื้นที่ A ตารางเมตร

     SCi-B X 42  

4.5.2 การแปลความหมายจาก A1302 ในการแปลความหมายแรงดันทีได ่ จากไอซี A1302 เพือให ่ ไดคาความหนาแนนสนามแมเหล็ก ออกมาจะใชการประมาณคาแบบเชิงเสน โดยใชคาความหนาแนนสนามแมเหล็กเปน 0 กําหนดให แรงดันเอาตพุต 2.5V เปนจุดอางอิง เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของเอาตพุตทุกๆ 1.3mV ความหนาแนน สนามแมเหล็กจะเปลี่ยนไป 1 เกาส (G) ดังนั้นการแปลงคาจะมีความสัมพันธดังนี้ Vout  2 . 5 0 . 0013

BG 

........................................................................... (สมการที่ 1)

โดยที่ B คือ ความหนาแนนสนามแมเหล็กในหนวยเกาส Vout คือ แรงดันเอาตพุตทีอ่ านไดจาก UGN3503U

แตในการเขียนโปรแกรมใชงานเพือให ่ คาเริ่มตนของ BG เทากับศูนยในขณะยังไมมีสนามแม เหล็กภายนอกมากระทบ UGN3503 จะไดเปน BG 

Aout

 Ainit   5     255  0. 0013

.......................................................... (สมการที่ 2)

โดยที่ Ainit คือ คาขอมูลดิจิตอลของสัญญาณอะนาลอกทีได ่ จาก UGN3503 ในขณะไมมีสนามแมเหล็กภาย นอกมากระทบ (ไดมาจากการทดสอบ) Aout คือ คาขอมูลดิจิตอลของสัญญาณอะนาลอกทีได ่ จาก UGN3503 ณ เวลาใดๆ

ทิศทางของสนามแมเหล็กที่มากระทบบริเวณดานหนาของ A1302 มีผลตอเครื่องหมายของ คาความหนาแนนสนามแมเหล็กที่อานได ถาสนามแมเหล็กมีทิศพุงเข  าหา A1302 คาความหนาแนน สนามแมเหล็กที่อานไดจะเปนบวก แตถามีทิศพุงออก  คาความหนาแนนสนามแมเหล็กจะเปนลบ ถานําแมเหล็กมาเขาใกลดานหนาของ A1302 แลวอานคาจากการแปลความหมายออกมามี เครื่องหมายเปนบวก แสดงวา ดานที่อยูใกลตัว A1302 ของแมเหล็กเปนขั้วเหนือ(เพราะเสนแรงแม เหล็กพุงออกจากขั  วแม ้ เหล็กเหนือ) แตถาหากคาทีอ่ านไดมีเครืองหมายเป ่ นลบแสดงวาดานทีอยู ่ ใกล  A1302 เปนขั้วใต ในรูปที่ 4-3 แสดงทิศทางของสนามแมเหล็กกับการตรวจจับของ A1302

U G N 3503

N S

คาความหนาแนน สนามแมเหล็กเปนบวก แรงดันเอาตพุตสูงกวา +2.5V

U G N 3503

คาความหนาแนน สนามแมเหล็กเปนลบ แรงดันเอาตพุตต่ํากวา +2.5V

รูปที่ 4-3 แสดงผลการทํางานของ A1302 เมือได ่ รับสนามแมเหล็กในทิศทางทีแตกต ่ างกัน

     SCi-B X   43

4.6 แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนหมุน : POTENTIOMETER (ตอกับ SENSOR0-SENSOR7) POTENTIOMETER

10k Linear

ใชกําหนดแรงดัน 0 ถึง +5V ตามการหมุนแกน นําไปใชวัดคามุมและระยะทางได มีแบบตัว ตังและตั ้ วนอน ใหเอาตพุต 2 แบบคือ แรงดันมากขึ้นเมื่อหมุนทวนเข็มนาฬิกาหรือ ตามเข็มนาฬิกา แบบตัวตั้ง

เมื่อหมุนทวนเข็มนาฬิกา แรงดันที่ไดจะมากขึ้น

เมื่อหมุนตามเข็มนาฬิกา แรงดันที่ไดจะมากขึ้น

POTENTIOMETER

แบบตัวนอน

เมื่อหมุนทวนเข็มนาฬิกา แรงดันที่ไดจะมากขึ้น เมื่อหมุนตามเข็มนาฬิกา แรงดันที่ไดจะมากขึ้น

Potentiometer

4.7 แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนเลือน ่ : SLIDE (ตอกับ SENSOR0-SENSOR7) A

SLIDE

ใชกําหนดแรงดัน 0 ถึง +5V ตามการปรับแกนเลื่อน นําไป ใชวัดระยะทางได ใหเอาตพุต 2 แบบคือ 10k Linear เมื่อเลื่อนมาทางขวา แรงดันที่ไดจะมากขึ้น เมื่อเลื่อนมาทางซาย แรงดันที่ไดจะมากขึ้น เมื่อเลื่อนมาทางขวา แรงดันที่ไดจะมากขึ้น A

เมื่อเลื่อนไปทางซาย แรงดันที่ไดจะมากขึ้น

     SCi-B X 44  

4.8 แผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดโดยใชโฟโตทรานซิสเตอร : Photo Transistor (ตอกับ SENSOR0-SENSOR7) ใชตรวจจับแสงทีมี่ ความยาวคลืนอยู ่ ในช  วงอินฟราเรด ซึงมี ่ คา ระหวาง 1 ไมโครเมตร (m) ถึง 1 มิลลิเมตร (mm) ใชงานได 2 ลักษณะ คือ 1. อานคาเปนระดับความเขมแสงแบบอะนาลอก โดยแรงดัน เอาตพุตทีได ่ จะลดลงเมื่อไดรับแสงอินฟราเรดทีมี่ ความเขมเพิมขึ ่ น้ 2. ตรวจสอบวาตรวจจับแสงอินฟราเรดไดหรือไม ใหเอาตพุต เปนสัญญาณดิจิตอลแบบลอจิก "0" เมื่อตรวจจับแสงอินฟราเรดได การใชงาน ควรใชงานรวมกับแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด Infrared LED (ZX-IrLED) ซึ่งจัดมาพรอมกันแลวในชุด SCi-BOX (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในบทที่ 2)

PHOTO TRANSISTOR

10k

Photo transistor

การกําหนดสเปกตรัมของแสง (optical spectrum) มวง

เหลือง น้ําเงิน

400 nm

รังสีเอ็กซ (X-rays) 1nm

เขียว

500 nm

อัลตราไวโอเล็ต 10nm

100nm

ใกลอินฟราเรด สม

600 nm

แสงขาว

แดง

700 nm

อินฟราเรด 1m

ความยาวคลื่น

10m

100m

800 nm

ไมโครเวฟ 1mm 10mm

nm คือ นาโนเมตร (10-9 เมตร), m คือ ไมโครเมตร (10-6 เมตร) และ mm คือ มิลลิเมตร (10-3 เมตร)

หมายเหตุ : อัตราสวนของระยะหางในรูปเปนระยะหางที่ไมเปนสัดสวนจริง

     SCi-B X   45

4.9 แผงวงจรวัดคาความตานทานไฟฟา : ZX-RESISTANCE (ตอกับ SENSOR0-SENSOR7) ใชวัดคาความตานทานไฟฟา โดยใหแรงดันเอาตพุตเปนอัตราสวน 1mV /  และวัดคาไดสูงสุด 4000หรือ 4k ภายในแผงวงจรมีแหลง จายกระแสคงที่ 1mA เมื่อนําตัวตานทานมาตอวัด ที่จุดวัดนั้นก็จะเกิดแรง ดันไฟตรงขึ้น โดยแรงดันที่ไดจะเปนสัดสวนคงที่กับคาความตานทาน RESISTANCE

100n

LM334 constant current source

2 3

68R

1mA set 5

TLC2272 8 7

R ที่ตองการวัด

OUT

Output 1mV./

Input 4000 Max. (Current source 4V. limited)

4.10 แผงวงจรวัดกระแสไฟฟา : ZX-CURRENT

(ตอกับ SENSOR0-SENSOR7)

ใชวัดกระแสไฟฟากระแสตรง โดยตออนุกรมกับจุดทีต่ องการวัด ใหแรงดันเอาตพุตในอัตราสวน 5 mV/mA วัดไดสูงสุด 1,000mA โดยใชตัวตานทานตอกําหนดยานวัด (R shunt) = 0.5 อัตราทน กําลังสูงสุด 500mW A

CURRENT 10k

2 6

0.5R 1k Input : 1A max.

GND OUT +5V

1 7

IC1/2

IC1/1

IC1 MCP6002/TLC2272

10k Output : 5mV/mA

จุดตอวัด กระแสไฟ

1.5V

0.5 Ohm

OUT

0.1/50V

CURRENT

ทิศกระแสไฟตรง ทีต่ องการวัด

LOAD

ตัวอยางการตอแผงวงจร CURRENT

     SCi-B X 46  

4.11 แผงวงจรแผงวงจรลดทอนแรงดันไฟฟา (ATTENUATOR) (ตอกับ SENSOR0-SENSOR7) ใชวัดคาแรงดันไฟฟากระแสตรงโดยตอครอมหรือขนานกับ จุดที่ตองการวัด เลือกอัตราการลดทอนแรงดันอินพุตได 2 แบบ คือ 1

เลือกอัตราลดทอน 1:1 ทําใหรับแรงดันอินพุต 0-5V

 1/2

เลือกอัตราลดทอน 2:1 ทําใหรับแรงดันอินพุต 0-10V A

ATTENUATOR

ATT. 1 1/2

VOLT

จุดตอวัด แรงดันไฟฟา

ATTENUATOR

1/2

ที่ตองการวัด

OUT

Ratio 1 : Input 0-5V. Ratio 1/2 : Input 0-10V.

INNOVATIVE EXPERIMENT

0.1/50V 8

4 TLC2272

Output : 0-5V

     SCi-B X   47

 

       หลังจากทําความรูจั กกับแผงวงจรควบคุม SCi-BOX และแผงวงจรตรวจจับสัญญาณแบบตางๆ ไปแลวในบททีผ่ านมา ตอไปนีจะเป ้ นภาคปฏิบัติเพือให ่ การเรียนรูสมบู  รณแบบ โดยในบทนีนํ้ าเสนอ การเรี ยนรูและทดลองวิทยาศาสตรดวยกลองสมองกลกับชุดซอฟตแวรสําเร็จรูปที่ชื่อ SCi-BOX Activity โดยในซอฟตแวรไดบรรจุกิจกรรมสําหรับทดลองไวมากถึง 15 กิจกรรม มีการใชแผงวงจร แสดงผลและแผงวงจรตรวจจับสัญญาณอยางครบถวน โดยไมจําเปนตองเขียนโปรแกรมรวมดวย ชองเลือกกิจกรรมที่ตองการทดลอง

หนาตางแจงอุปกรณที่ใชในแตละกิจกรรม รวมถึงภาพแสดงการตอสายในการทดลอง

ระบุลําดับในการทดลอง และดูผลอยางชัดเจน

เลือกการแสดงผลไดทั้งจาก จอภาพหรือโมดูล SLCD ชองแสดงผลการทํางาน บนจอภาพของโปรแกรม เมื่อเลือกแสดงผลดวยโมดูล SLCD จะปรากฏหนาตางการ เชื่อมตอและกําหนดจั๊มเปอร ของโมดูล SLCD

รูปที่ 5-1 รายละเอียดของหนาตาง โปรแกรม SCi-BOX Activity แบบหนึง่

หนาตางแสดงรายละเอียดชื่อของกิจกรรมและขั้นการทดลองอยางสรุป

     SCi-B X 48  

5.1 ลึกอีกนิดกับซอฟตแวร SCi-BOX Activity SCi-BOX สามารถรองรับซอฟตแวรไดหลายแบบ สําหรับในหนังสือเลมนีนํ้ ามาเสนอ 2 แบบ คือ แบบสําเร็จรูปพรอมใชงานหรือ User mode และแบบพัฒนาโปรแกรมหรือ Developer mode สําหรับซอฟตแวร SCi-BOX Activity ถูกพัฒนาขึนเพื ้ อใช ่ งาน SCi-BOX ในแบบสําเร็จรูปพรอม ใชงาน กลาวคือ เลือกใชงาน Sci-BOX ดวยโปรแกรมทีมี่ อยูหรื  อโปรแกรมทีได ่ สรางเอาไวแลว ทําให ผูใช  สามารถนําเอา Sci-BOX ไปใชงานหรือทําการทดลองไดทันที โดยไมจําเปนตองเขียนโปรแกรม เพิมเติ ่ ม ทําใหสะดวกและลดความยุงยากในการใช  งานของผูใช  อืนๆได ่ ดังแสดงไดอะแกรมการทํางาน ในรูปที่ 5-2 โปรแกรมจะแบงออกเปนสองสวน คือ สวนแรกเปนโปรแกรมหลักบน Sci-BOX เขียนดวย BASIC Stamp Editor เปนภาษาเบสิกแบบทีเรี่ ยกวา พีเบสิก (PBASIC) ซึงเป ่ นโปรแกรมพัฒนาสําหรับ ไมโครคอนโทรลเลอร i-Stamp2P24 โดยเฉพาะ ในการควบคุมการทํางานบนบอรดจะแบงเปนไฟลยอย ทีขึ่ นต ้ นดวยชือ่ ATxx ตามดวยชือกิ ่ จกรรม มีนามสกุล .BSP แลวแปลเปนไฟลออบเจ็กต (ATxx.OBJ) สวนทีสองคื ่ อโปรแกรมหลักบนเครืองคอมพิ ่ วเตอร ทีเป ่ นหนาตางติดตอกับผูใช  แบบกราฟฟก เขียนดวย Borland Delphi 7 Personal ผูใช  งานหรืผูทดลองสามารถเลื  อกดาวนโหลดกิจกรรมที่ตอง การทดลอง ในหนาตางเดียวกันนั้นไดแสดงรูปอุปกรณที่ตอรวมดวย รวมถึงรายละเอียดโดยยอของ กิจกรรมนันๆ ้ และยังสามารถแสดงผลบนหนาจอไดโดยไมจําเปนตองเปดโปรแกรมอืนมาใช ่ งานรวม ดวยแตอยางใด สําหรับการใชงาน SCi-BOX ในแบบพัฒนาโปรแกรมหรือ Developer mode จะอธิบายในราย ละเอียดภายหลัง

Sci-BOX บรรจุรหัสโปรแกรมของ เบสิกแสตมป 2P

สายสัญญาณ

กิจกรรมการทดลอง สวนเชื่อมตอ

รูปที่ 5-2 แสดงไดอะแกรมโครงสรางทางซอฟตแวรของการใชงาน SCi-BOX ภายใตการทํางานดวย ซอฟตแวรแบบสําเร็จรูปพรอมใช

     SCi-B X   49

5.2 แนะนําซอฟตแวร SCi-BOX Data logger นอกจากซอฟตแวร SCi-BOX Activity แลว ในการเรียนรูและทดลองวิทยาศาสตรกับ SCi-BOX ดวยซอฟตแวรสําเร็จรูปพรอมใชงาน ยังมีซอฟตแวร อีกตัวหนึ่งที่ขอแนะนําคือ Sci-BOX Data logger SCi-BOX Data logger เปนโปรแกรมสําหรับเก็บขอมูลจากแผงวงจรตรวจจับและวัดสัญญาณ แบบ 1 และ 2 ชองพรอมกับแสดงกราฟและเก็บขอมูลลงในไฟล เพือนํ ่ าไปใชเปนฐานขอมูลของการ วิเคราะหหรือคํานวณในโปรแกรมอื่นๆ เชน Microsoft Excel ได สําหรับซอฟตแวรตัวนี้จะติดตังมา ้ พรอมกับการติดตังชุ ้ ดซอฟตแวร SCi-BOX Activity โปรแกรมจะแบงออกเปน 2 สวน สวนแรกเปนโปรแกรมหลักบน Sci-BOX เขียนดวย BASIC Stamp Editor เพื่อใช SCi-BOX ควบคุมการอานขอมูลจากแผงวงจรตรวจจับและวัดสัญญาณตางๆ แลวสงขอมูลไปยังเครืองคอมพิ ่ วเตอรอีกทอดหนึง่ โดยมีไฟลสําเร็จพรอมใชดังนี้ Single.BSP สําหรับอานขอมูลจากแผงวงจรตรวจจับสัญญาณอะนาลอกชองเดียว C_Single.BSP สําหรับอานขอมูลจากแผงวงจรวัดความจุไฟฟาชองเดียว Dual.BSP สําหรับอานขอมูลจากแผงวงจรตรวจจับสัญญาณอะนาลอก 2 ชองพรอมกัน โดยไฟลทั้งสามไดรับการแปลงใหเปนไฟลออบเจ็กตเพื่อใชงานรวมกับสวนของโปรแกรม บนคอมพิวเตอรตอไป อีกดานหนึ่งคือโปรแกรมหลักบนเครื่องคอมพิวเตอร แบงเปนโปรแกรมอานขอมูลชองเดียว และ 2 ชอง โดยจะแสดงตอทดลอง รวมถึงขั้นตอนการเตรียมอยางยอ และแสดงผลบนหนาจอเปน กราฟและตัวเลขพรอมๆกัน ทําใหดูแนวโนมของขอมูลและสามารถเก็บขอมูลไปใชวิเคราะหได โปรแกรมในสวนนี้เขียนขึ้นดวย Borland Delphi 7 Personal การเรียกใชงานใหไปที่ปุม Start  Program Sci-BOX  Sci-BOX SingleData ในกรณีที่ ตองการดูผลของสัญญาณเพียงชองเดียว และถาตองการดูผล 2 ชองใหเลือก Sci-BOX DualData แทน ในรูปที่ 5-3 แสดงขั้นตอนการใชงานโปรแกรมและรายละเอียดสวนประกอบทั้งหมดของ โปรแกรม

     SCi-B X 50  

3 1

กดปุม Connect เลือกชอง Run

เลือกจํานวนขอมูลที่ตองการเก็บ (100-1,000) เมื่อตองการตั้งคาในชองเหลานี้ จะตองยกเลิกการติดกับบอรด เลือกความละเอียดของแกนขอมูล SCi-BOX เสียกอน (1,024 หรือ 65,536) เลือกชวงเวลาในการเก็บคา และเมื่อตั้งคาเสร็จ จึงกดปุม Connect และเลือกชอง Run (100-50,000 มิลลิวินาที)

ชองแสดงลําดับและคาของ ขอมูลที่ไดรับ ตัวเลขชุดแรกเปนเลขลําดับ ตัวเลขชุดหลังเปนขอมูลจรริง

เลือกการอานคา

จะปรากฏหนาตางเลือก การตอแผงวงจร 2 แบบคือ SENSOR กับ Capacitance

ชองแสดงสถานะการรับขอมูล ดวยกราฟแทง

ถาตองการแสดง เสนกริดใหเลือกที่นี่

บันทึกขอมูลเปนไฟล .txt ลางขอมูลแสดงผล บันทึกรูปกราฟ เปนไฟล .bmp

ถาเลือก SENSOR จะปรากฏหนาตางการตอสายและรายละเอียด การทดลอง ดังนี้

เลือกสีของเสนกราฟ

เมื่อตอสายสัญญาณตามที่กําหนดแลว กดปุม OK จะปรากฏหนาตางดาวนโหลดโปรแกรม เมือเรียบรอยใหกดปุม OK

ถาเลือก Capacitance จะปรากฏหนาตางการตอสายและรายละเอียด การทดลอง ดังนี้

รูปที่ 5-3 ขันตอนการใช ้ งานโปรแกรมและรายละเอียดสวนประกอบทังหมดของโปรแกรม ้ SCi-BOX Data logger แบบ SingleData

     SCi-B X   51

    SCi-B X   อุปกรณและเครื่องมือ 1. SCi-BOX 2. สายเชือมต ่ อพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอรหรือสาย CX-232 3. คอมพิวเตอรทีติ่ ดตังระบบปฏิ ้ บัติการวินโดวส พรอมทังมี ้ พอรตอนุกรมวางอยางนอย 1 พอรต 4. ตัวแปลง USB เปนพอรตอนุกรม (USB to Serial port converter) กรณีคอมพิวเตอรทีใช ่ ไมมีพอรตอนุกรม 5. แผนซีดีรอมโปรแกรม SCi-BOX

ปฏิบัติการ (1) ทําการติดตั้งโปรแกรม SCi-BOX Activity ดวยขันตอนตามที ้ แนะนํ ่ าในบทที่ 1 (2) ตอสายจากพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอรเขากับบอรด SCi-BOX (3) จากนันทํ ้ าการเปดโปรแกรม SCi-BOX Activity เลือกกิจกรรมทีต่ องการ แลวปฏิบัติตามขันตอนที ้ ระบุ ่ ในกิจกรรม นันๆ ้

HEAT SINK POWER

Don't Touch !! High temperature

SENSOR7

SENSOR6

Co-processo r

SENSOR5

P13 : A/D

SCi-BOX BASIC Stamp in Science Experiment

i-Stamp

ADC #1

RESET

SENSOR4

ADC Co-processo r

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10 P9

P2 P1

MOTOR

SENSOR0

P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

SENSOR1

Stepper motor Co-processor

SENSOR2

RELAY

STEPPER MOTOR1

อยาสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํา งาน !!!!!

SERIAL PORT

DC. IN 6-16V

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

     SCi-B X 52  

  

  จุดประสงค เพื่อทดลองคุณลักษณะของเสนแรงแมเหล็ก โดยอาศัยเครื่องมือตรวจวัดเพื่อแสดงผล

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรตรวจจับและวัดสนามแมเหล็ก ZX-MAGNETIC 3. แมเหล็กถาวรแบบเกือกมา แบบแทงตรง และแมเหล็กสังเคราะหแรงสูง Neodynium (แมเหล็กขาว) ไมมีใน ชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 4. โมดูลแสดงผล SLCD

ปฏิบัติการ (1) ตอแผงวงจรตรวจจับและวัดสนามแมเหล็ก ZX-MAGNETIC ทีตํ่ าแหนง SENSOR0 ของ SCi-BOX (2) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT01-Hall effect

     SCi-B X   53 Y

การทํางานเบื้องตนของตัวตรวจจับและวัดสนามแมเหล็ก

  Z

B' = ( B COS ) COS 

เมือเส ่ นแรงแมเหล็ก B ตกกระทบทีมี่ ทิศทางเขาหาตัวตรวจวัด คาทีได ่ จะเพิม่ ขึ้นจากค ากลาง แต ถากลับทิศกัน ค าที่ไดที่ลดลง โดยใหผลจากปริมาณ เสนแรงแมเหล็กที่ตกกระทบตั้งฉากกับระนาบของตัวตรวจวัด B' (แกน Z)

(3) กอนเริมต ่ นทํางานทุกครัง้ ใหนําแผงวงจรตรวจจับและวัดสนามแมเหล็กออกหางจากสนามแมเหล็ก แลวเริมเป ่ ด ทํางานเพื่อปรับเทียบคา 0 กอนนําไปใชวัด หรือกดสวิตซ RESET บน SCi-BOX เพื่อเริมปรั ่ บคาใหมได (4) จากนันนํ ้ าแผงวงจรตรวจจับและวัดสนามแมเหล็ก ZX-MAGNETIC ไปทดลองวัดกับแมเหล็กในลักษณะตางๆ สังเกตผลทีอ่ านได โดยเลือกการแสดงผลไดทังจากหน ้ าจอหรือโดยใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอ เขาทีจุ่ ดตอ P7 ของแผงวงจรหลัก (4.1) ทดลองกับแมเหล็กแบบแทง โดยทดลองวัดจากแมเหล็กทีทราบทิ ่ ศทาง ดังตัวอยาง แลวสรุปผล ลอง วาดเปนทิศทางและแนวของเสนแรงแมเหล็ก เปรียบเทียบกับผลลัพธกับทฤษฎีแมเหล็กทีมี่ อยู

ดานที่มีจุด แผงวงจร Magnetic Field

2mm.

6mm. S

45

2mm. N

N 6mm.

2mm.

30

6mm.

4mm. 6mm.

6mm.

(4.2) จับแมเหล็กแทงตังขึ ้ ้น แลวใชแผงวงจรตรวจจับและวัดสนาม แมเหล็ก ZX-MAGNETIC วัดรอบๆ แทงแมเหล็ก แลวสรุปผล วาดเปนทิศทาง และแนวของเสนแรงแมเหล็ก เปรียบเทียบกับผลลัพธกับทฤษฎีแมเหล็ก (4.3) ทดลองหาขั้วแมเหล็กจากแมเหล็กแทงที่ไมทราบทิศ

8 6mm.

N S

     SCi-B X 54  

(4.4) ทดลองกับแมเหล็กเกือกมา โดยทดลองวัดจากแมเหล็กทีทราบทิ ่ ศทาง ดังตัวอยาง แลวสรุปผล ลอง วาดเปนทิศทางและแนวของเสนแรงแมเหล็ก เปรียบเทียบกับผลลัพธกับทฤษฎีแมเหล็กทีมี่ อยู

8 N

90 N

เลื่อนไป-มา กึ่งกลางแมเหล็ก

2mm.

6mm. N

7 S

แผงวงจร Magnetic Field

เลื่อนไป-มา กึ่งกลางแมเหล็ก

ดานที่มีจุด

30

6mm. S

6mm.

2mm.

9 2mm.

6mm.

N S

(5) ทําการทดลองในลักษณะเดียวกันกับแมเหล็กสังเคราะหแรงสูง Neodynium และแมเหล็กแบบอืนๆ ่ ทีอยู ่ รอบ  ตัว เชน ปลายไขควง ลําโพง หรือแมเหล็กที่กลองดินสอ

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X   55

  

 

จุดประสงค เพื่อทดลองคุณลักษณะของการตอตัวตานทานไฟฟา โดยอาศัยเครื่องมือตรวจวัดเพื่อแสดงผล

อุปกรณและเครื่องมือ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรวัดคาความตานทานไฟฟา ZX-RESISTANCE 3. ตัวตานทานไฟฟา คาตัวตานทาน รหัสสีแบบ 4 แถบ 1k นําตาล-ดํ ้ า-แดง-ทอง 2 k แดง-ดํา-แดง-ทอง 500 เขียว-ดํา-นําตาล-ทอง ้ 4. สายปากคีบ 5. คอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

รหัสสีแบบ 5 แถบ นําตาล-ดํ ้ า-ดํา-นําตาล-นํ ้ าตาล ้ แดง-ดํา-ดํา-นําตาล-นํ ้ าตาล ้ เขียว-ดํา-ดํา-ดํา-นําตาล ้

คุณสมบัติของแผงวงจรวัดคาความตานทานไฟฟา มี แหล งจายกระแสคงที่ 1mA อยูในตัว ทําใหมีแรงดันตกครอม อุปกรณทีถู่ กวัดสงออกมา จํากัดไวไมเกิน 4V ซึงถ ่ านําตัวตานทาน มาวัด แรงดันทีได ่ จะเปนสัดสวนคงทีกั่ บคาความตานทาน ซึงเท ่ ากับ 1mV/ จึงทําใหวัดไดไมเกิน 4k

จํานวน 4 ตัว จํานวน 1 ตัว จํานวน 2 ตัว

+5V

แหลงจายกระแสคงที่ 1mA อุปกรณ ที่ตองการวัด

แรงดันเอาตพุต <4V -

ตัวตานทาน อะไรคือตัวตานทาน

สัญลักษณ

ตัวตานทาน (resistor) เปนอุปกรณอิเล็กทรอนิกสพืนฐานที ้ ่สุดทีต่ องรูจั กเปนอันดับแรก หนาที่หลัก ของตัวตานทานคือ ใชลดกระแสไฟฟา โดยถาตัวตานทานมีคามาก กระแสไฟฟาก็จะไหลผานตัวมันไดนอย จึงนิยมใชตัวตานทานในการควบคุมกระแสไฟฟาในวงจร

หนวยของตัวตานทาน คาของตัวตานทานคือ คาความตานทานไฟฟา (resistance) มีหนวยเปน โอหม (Ohm :  ) หนวยที่ใหญขึนคื ้ อ กิโลโอหม ( kiloOhm : k ) ซึ่งมีคาเทากับ 1,000 หนวยที่ใหญกวาคือ 1 เมกะโอหม (MegaOhm : M) เทากับ 1,000 k หรือ 1,000,000 

     SCi-B X 56  

รหัสแถบสี (color code) สีที่พิมพลงบนตัวตานทานเพื่อบอกคาของมีความ หมายแทนดวยตัวเลขตางๆ ตามตาราง

ความหมายของแตละแถบสี ในกรณีเปนตัวตานทานทีมี่ ความผิดพลาด 5% จะมี แถบสี 4 แถบ (รูป ก) แตละแถบมีความหมายดังนี้ แถบแรก เป นตัวเลขหลักแรกของคาความตานทานรวม แถบสีที่สอง เป นตัวเลขของหลักที่สองของคาความตาน ทานรวม แถบสีที่สาม เปนตัวคูณ แถบสุดทาย เปนแถบสีของคาความผิดพลาด หากเปนแถบ สีทองหมายถึงมีคาความผิดพลาด 5% และถาเปนเปนสีเงิน จะหมายความวา มีความผิดพลาด 10% ตัวอยาง แถบสีที่ 1, 2 และ 3 เปนสีแดง สุดทายเปนแถบสี ทอง ตัวตานทานตัวนี้มีคาเทาใด สีแดงของแถบสีที่ 1 และ 2 แทนดวยเลข 2 ในขณะ ที่แถบสีที่สามเปนสีแดง ตัวคูณคือ 100 จึงไดเปน 22x100 = 2,200 หนวยที่ไดจะเปน  แตเพื่อใหดูกระชับขึ้นจึงตอง ปรับเปนหนวยที่ใหญขึน้ เปน 2.2k คาผิดพลาดคือ 5% ตัวตานทานทีมี่ แถบสี 4 แถบทีมี่ ความผิดพลาด 5 % เปนแบบที่ นิ ยมและเปนพื้นฐานที่สุด เหมาะ สําหรับการใชงานเพื่อเริมต ่ นเรียนรูอยางยิ่ง ในกรณีที่เปนรหัสแถบสี 5 แถบ (รูป ข) แถบที่หนึ่งถึงสาม เปนตัวเลขหลักที่ 1-3 ของคาความตาน ทาน แถบที่สี่ เปนแถบสีของตัวคูณ แถบทีห่ า เปนการแสดงคาความผิดพลาดของตัวตานทาน ถาเปนสีนํ้าตาลจะเปนการแสดงคาความผิดพลาด 1% ถาแถบสีที่ 1-3 เปนสีแดง เหลือง สม แถบที่สีเป ่ นสี เขียว และสุดทายเปนสีนํ้าตาล ตัวตานทานนี้มีคาเทาใด 3 แถบสีแรกคือ แดง เหลือง สม แทนดวยเลข 2, 4 และ 3 สวนแถบที่สีเป ่ นสีเหลือง ตัวคูณคือ 10,000 จึงได เปน 2,430,000 หนวยเปน  ปรับเปน 2,430k แตยังทํา ใหเปนหนวย M ได มีคาเทากับ 2.43M คาความผิด พลาด 1%

สี คาตัวเลข ดํา 0 น้ําตาล 1 แดง 2 สม 3 เหลือง 4 เขียว 5 น้ําเงิน 6 มวง 7 เทา 8 ขาว 9 ทอง เงิน ไมมีสี -

ตัวคูณ 1 10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 10,000,000 100,000,000 1,000,000,000 0.1 0.01 -

คาผิดพลาด 1% 5% 10% 20%

เปอรเซ็นตความผิดพลาด ตัวคูณ (จํานวนเลขศูนย) ตัวเลขหลักที่สอง ตัวเลขหลักที่หนึ่ง

(ก)

เปอรเซ็นตความผิดพลาด ตัวคูณ (จํานวนเลขศูนย) ตัวเลขหลักที่สาม ตัวเลขหลักที่สอง ตัวเลขหลักที่หนึ่ง

(ข)

     SCi-B X   57

ปฏิบัติการ (1) ตอสายสัญญาณจากแผงวงจรวัดคาความตานทานไฟฟา ZX-RESISTANCE เขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 ของ SCiBOX (2) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT02-Resistance (3) ตอสายปากคีบทีจุ่ ดวัดของแผงวงจรวัดคาความตานทานไฟฟา ZX-RESISTANCE SENSOR7 SENSOR6

Co-processor

SENSOR5

P13 : A/D

ADC #1

SENSOR4

ADC Co-processor

SENSOR2 SENSOR1 SENSOR0

Stepper motor Co-processor

SENSOR3

RESISTANCE

P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

OUT STEPPER MOT OR1 STEPPER MOT OR2

รูปที่ A2-1 การตอแผงวงจรวัดคาความตานทานไฟฟา ZX-RESISTANCE เพือวั ่ ดคาของตัวตานทาน

การคํานวณคาความตานทานรวมเบื้องตน วงจรอนุกรม นําคาของตัวตานทานทั้งหมดมารวมกัน ตามความสัมพันธ Rt = R1+R2+...Rn

วงจรขนาน คํานวณไดจาก Rt 

1 1 1 1   ...  R1 R1 Rn

     SCi-B X 58  

(4) ทดลองวัดคาตัวตานทานที่ตอกันในแบบตางๆ สังเกตผลลัพธทีอ่ านได โดยเลือกการแสดงผลไดทังจากหน ้ าจอ หรือโดยใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของแผงวงจรหลัก

5 1k

6 2k

500

9 1k

1k

500 500

1k

10 1k

1k

500 500 1k

2k

1k

1k 500

500

วิธีการวัดคาความตานทานโดยใชมัลติมิเตอรแบบเข็ม

1k

ในมัลติมิเตอรแบบเข็มจะมียานวัดความตานทานอยูด วย สเกลของความตานทานจะมีความแตกตางจากสเกล ของแรงดันคือ สเกลของความตานทานตํ่าจะอยูทางขวา ในขณะที่สเกลของความตานทานสูงจะอยูทางซาย กอนทํา การวัดตองมีการปรับคา 0 (zero adjust) กอน โดยการนําปลายของมิเตอรมาแตะกัน เข็มของมิเตอรบนหนาปด จะสวิงไปทางขวามือ จากนั้นทําการปรับปุม zero adjust จนเข็มชี้ที่ตําแหนง 0 การปรับคาศูนยนี้ตองกระทําทุกครังที ้ ่มีการเปลียนย ่ านวัดคาความตานทาน และทุกครังที ้ ต่ องการวัดคาความ ตานทาน ทังนี ้ ้เพือให ่ คาทีวั่ ดไดมีความแมนยํามากทีสุ่ ด ยานวัดคาความตานทานบนมัลติมิเตอรโดยทัวไป ่ จะแบงเปน ้ 4 ยานคือ Rx1 สามารถวัดคาความตานทานไดตังแต ้ 0-500 โดยประมาณ, Rx10 สามารถวัดความตานทานไดตังแต 500-5k , Rx1k วัดไดระหวาง 5 k - 50 k และ Rx10k วัดไดระหวาง 10 k- 5 M อยางไรก็ตาม ความ สามารถในการวัดทีกล ่ าวมานี้เปนคาโดยประมาณเทานั้น

คาความผิดพลาดของตัวตานทาน ในตั วต านทานทุ กตั วจะมี ค าความผิดพลาดทราบไดจากแถบสีแถบสุดทายบนตัวตานทานและดวยคา ความผิดพลาดนี้เองทําใหคาที่แทจริงของตัวตานทานตัวหนึ่งๆ มีขอบเขตความเปนไปไดอยูหลายค  า ดังตัวอยาง ตัวตานทาน 27 k ผิดพลาด 5% หมายความวา มีคาความผิดพลาดเทากับ 27 x 1000 x0.05 = 1,350 ดังนัน้ ยานของคาความตานทานจะอยูที่ 25,650-28,350 (มาจาก 27,000-1,350 และ 27,000+1,350) หรือ 25.6528.35 k

     SCi-B X   59

การตอตัวตานทานหลายๆ ตัวเขาดวยกันในการทดลองนีสามารถทํ ้ าไดหลายวิธี (ก) ใชการพันขาเขาดวยกัน (ข) ใชสายปากคีบตอตอระหวางตัวตานทาน ดังตัวอยาง

การทดลองเพิมเติ ่ ม #1 (5) จากรูปการตอวงจรทดลอง ใหวัดคาความตานทานครอมจุดตางๆ ดังนี้ A

1k

1k 2k

500

1k

A - B วัดไดเทากับ ....................................  B - C วัดไดเทากับ ....................................  C - D วัดไดเทากับ ....................................  A - C วัดไดเทากับ ....................................  A - D วัดไดเทากับ ....................................  B - D วัดไดเทากับ ....................................  สังเกตผลทีวั่ ดไดในการแตชุด ทดลองคํานวณผลตามทฤษฎี เปรียบเทียบกัน

(6) หากระถางตนไมใสดินแหงลงไป กดดินใหแนนพอสมควร แลวนํา แทงโลหะทีสามารถนํ ่ าไฟฟาได อาจเปนลวดเหล็กหรือแทงอะลูมิเนียม ทีได ่ จากไมแขวนเสื้อก็ได ดัดใหตรงจํานวน 2 แทง ปกลงในดินหางกัน ประมาณ 1 นิวฟุ ้ ต ใหลึกพอประมาณ แตไมถึงกนกระถาง แลวตอสาย ปากคีบเขากับแผงวงจรวัดคาความตานทานเพือวั ่ ดคาความตานทาน (7) คอยๆ เทนําลงในดิ ้ น สังเกตผลลัพธทีเปลี ่ ่ยนแปลง (8) เปลียนจากดิ ่ นเแหงปนฟองนําหมาดๆ ้ แลวดูผลการทดลองเมือกด ่ ฟองนํ้า

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

RESISTANCE

การทดลองเพิมเติ ่ ม #2

OUT

     SCi-B X 60  

  

    จุดประสงค เพื่อทดลองคุณลักษณะของการตอตัวเก็บประจุไฟฟา โดยอาศัยเครื่องมือตรวจวัดเพื่อแสดงผล

อุปกรณและเครื่องมือ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา CAPACITANCE 3. ตัวเก็บประจุไฟฟา 100nF หรือ 0.1 F 50V จํานวน 3 ตัว 470nF หรือ 0.47F 50V จํานวน 1 ตัว 1F 50V จํานวน 1 ตัว 4. คอมพิวเตอรหรือโมดูลแสดงผล SLCD

ปฏิบัติการ

(1) ตอสายสัญญาณจากจุด ST = 1 ของแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา CAPACITANCE เขาทีจุ่ ด P0 ของ SCi-BOX (2) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT03-Capacitance (3) ตอสายปากคีบทีจุ่ ดวัด CAPACITOR เพื่อทดลองวัดคาตัวเก็บประจุไฟฟา

INV-A

INV-B

CAPACITOR

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

ST=0

P8 RELAY

MOTOR

RELAY 12V 5A

ST=1

P12 SOUND

รูปที่ A3-1 การตอแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา CAPACITANCE เพือวั ่ ดคาของตัวเก็บประจุ

     SCi-B X   61

(4) นําไปวัดคาความจุไฟฟาเมือต ่ อตัวเก็บประจุในลักษณะตางๆ สังเกตผลลัพธทีอ่ านได โดยเลือกการแสดงผลได ทังจากหน ้ าจอหรือโดยใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของแผงวงจรหลัก 1

5 100nF

9 100nF

100nF

10 100nF

470nF

100nF

100nF 100nF

100nF

470nF 100nF

7 100nF 1F

470nF

1F

11 1F

100nF

470nF

100nF

100nF 470nF

ไดอิเล็กตริก

ขาตอใชงาน

ตัวเก็บประจุ (Capacitor) เพลต

(ก) โครงสราง ตัวเก ็บปร 0.1F

ะจุ

แบบไมมีขั้ว แบบโพลีเอสเตอร, เซรามิก, ไมลาร

เป นอุปกรณที่มีโครงสรางภายในเปนตัวนํา 2 สวนที่ถูกกั้นดวย ฉนวน เมื่อมีแรงดันเกิ ดขึ้นระหวางตัวนําทั้งสอง จะเกิดประจุไฟฟาขึน้ ระหวางตัวนํา การเก็บประจุไฟฟาคือพื้นฐานการทํางานของตัวเก็บ ประจุ ตัวนําทั้ งสองภายในตัวเก็บประจุจะมีลักษณะเปนแผน เรียกวา เพลต (plate) สวนฉนวนที่กั้นอยูระหวางเพลตที่เรียกวา ไดอิเล็กทริก (dielectric) ความสามารถในการเก็บประจุไฟฟาของตัวเก็บประจุจะขึนอยู ้ กั บ ขนาดของเพลตและชนิดของไดอิเล็กตริก ในรูปที่ 1-3 แสดงโครงสรางและ สัญลักษณ ตัวเก็บประจุทีนิ่ ยมใชงานคือ แบบเซรามิก, โพลีเอสเตอร, ไมลาร (ไมมีขัว), ้ อิเล็กทรอไลต และแทนทาลั่ม (มีขัว) ้ ชนิดของตัวเก็บประจุจะ เรียกตามวัสดุทีนํ่ ามาใชเปนไดอิเล็กตริก

ขาตอใชงาน

แบบมีขั้ว

แบบอิเล็กทรอไลต (มีขั้ว)

(ข) สัญลักษณ

(ค) รูปราง

     SCi-B X 62  

การตอตัวเก็บประจุหลายๆ ตัวเขาดวยกันในการทดลองนีสามารถทํ ้ าไดหลายวิธี (ก) ใชการพันขาเขาดวยกัน (ข) ใชสายปากคีบตอตอระหวางตัวเก็บประจุ (5) ทดลองคํานวณผลตามทฤษฎีเปรียบเทียบกัน (6) ทําการทดลองซํา้ แตเปลี่ยนจุดตอของแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา CAPACITANCE จาก ST=1 เปน ST=0 แลวสลับสายปากคีบจากสายทีต่ อกับขาบวกของตัวเก็บประจุ (กรณีวัดตัวเก็บประจุแบบอิเล็กทรอไลตทีมี่ ขัว) ้ มาตอ ทีขาลบ ่ สวนสายทีต่ อกับขาลบเดิม เปลียนไปต ่ อกับขาบวกแทน จากนันวั ้ ดคาแลวเปรียบเทียบผลการวัดคาของทัง้ สองกรณี (7) ทดลองนําตัวเก็บประจุชนิดอืนที ่ ่มีคาความจุเทากัน สังเกตผลทีได ่ จากการทดลอง

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

การแสดงคาของตัวเก็บประจุ มี 2 แบบคือ แบบระบุมาชัดเจน จะพบในตัวเก็บประจุแบบอิเล็กทรอไลตและแบบโพลีเอสเตอร ที่ระบุบน ตัวถังเลยวา มีคาเทาใด และทนแรงดันไดเทาใด แบบที่ 2 บอกเปนเลขยกกําลังของหนวยพิโกฟารัด ยกตัวอยาง คา 104 หมายถึง 1x104 ของหนวยพิโกฟารัด (pF) จะเทากับ 1 นาโนฟารัด (nF) หรือ 0.1 ไมโคร ฟารัด (F) มักพบในตัวเก็บประจุแบบเซรามิก และไมลาร หนวยของตัวเก็บประจุเรียงลําดับจากหนวยเล็กไปถึงหนวยใหญที่นิยมใชงาน สรุปไดดังนี้ พิโกฟารัด (pF) มีคาตัวคูณเลขยกกําลังเมื่อเทียบกับหนวยฟารัดเทากับ 10-12 ฟารัด (F) นาโนฟารัด (nF) มีคาตัวคูณเลขยกกําลังเมื่อเทียบกับหนวยฟารัดเทากับ 10-9 ฟารัด (F) ไมโครฟารัด (F) มีคาตัวคูณเลขยกกําลังเมื่อเทียบกับหนวยฟารัดเทากับ 10-6 ฟารัด (F) คาของตัวเก็บประจุที่มีจําหนายมีคาตั้งแตไมกี่พิโกฟารัดไปจนถึงหลายๆ พันไมโครฟารัด สวนอัตราการทนแรงดันนั้นมีใหเลือกตังแต ้ 6.3V ไปจนถึงหลายรอยโวลต แตที่นิยมจะอยูในระดับ 16-50V

การคํานวณคาความจุไฟฟารวมเบื้องตน วงจรอนุกรม คํานวณไดจาก Ct 

1 1 1 1   ...  C1 C1 Cn

วงจรขนาน นําคาของตัวเก็บประจุทั้งหมดมารวมกัน ตามความสัมพันธ Ct  C1  C2  ...  Cn

     SCi-B X   63

  

  

จุดประสงค เพือทดลองการวั ่ ดกระแสไฟฟาในวงจร โดยอาศัยเครืองมื ่ อตรวจวัดเพือแสดงผล ่

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรวัดกระแสไฟฟา ZX-CURRENT 3. ตัวตานทานไฟฟา คาความตานทาน รหัสสี 4 แถบ 5% รหัสสีแบบ 5 แถบ 1% 10 1/2W นําตาล-ดํ ้ า-ดํา-ทอง นําตาล-ดํ ้ า-ดํา-ทอง-นําตาล ้ จํานวน 1 ตัว 15 1/2W นําตาล-เขี ้ ยว-ดํา-ทอง นําตาล-เขี ้ ยว-ดํา-ทอง-นําตาล ้ จํานวน 1 ตัว 30 1/2W สม-ดํา-ดํา-ทอง สม-ดํา-ดํา-ทอง-นําตาล ้ จํานวน 2 ตัว 4. แบตเตอรี่ 1.5V จํานวน 2 กอน, แบตเตอรี่ 9V จํานวน 1 กอน ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 5. กะบะถาน 1 กอนแบบมีสายไฟ จํานวน 2 ตัว ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 6. ขั้วถาน 9V จํานวน 1 ชุด ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 7. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

กระแสไฟฟาไหล

คุณสมบัติของแผงวงจรวัดกระแสไฟฟา ZX-CURRENT Rs 0.5

x10

Vout

มีตัวตานทาน 0.5ตอขนานกับจุดวัดกระแส เพือทํ ่ าหนาที่ เปนตัววัดกระแส เมือกระแสไหลผ ่ าน จะใหแรงดันตกครอม ออกมาคาหนึ่ง จากนันทํ ้ าการขยายอีก 10 เทา เปนแรงดันที่ วัดได คิดเปนอัตราสวนแรงดันตอกระแสคือ 5mV/mA และ วงจรนี้วัดไดสูงสุด 1A

ปฏิบัติการ (1) ตอสายสัญญาณจากแผงวงจรวัดกระแสไฟฟา ZX-CURRENT เขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 ของ SCi-BOX (2) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT04-Current (3) ตอสายปากคีบทีจุ่ ดวัดของแผงวงจรวัดกระแสไฟฟา ZX-CURRENT เพือทดลองวั ่ ดคากระแสไฟฟา

     SCi-B X 64  

รูปที่ A4-1 หนาตางกิจกรรม AT04-Current ในโปรแกรม SCi-BOX Activity (4) จากนันนํ ้ าไปตอทดลองกับถานไฟฉายและตัวตานทาน โดยใหจุดวัดกระแสอนุกรมกับวงจร ตัวอยางดังรูป OUT 0.5

1.5V

CURRENT

จุดตอวัด กระแสไฟฟา

10 OUT 0.5

1.5V

CURRENT

จุดตอวัด กระแสไฟ

15

1.5V

OUT 0.5

CURRENT

จุดตอวัด กระแสไฟ

30

ในการใชถานไฟฉาย 1.5V ควรใสลงในกะบะถาน จากนันต ้ อสายเขากับวงจรโดยใชสายปากคีบชวย สวน ถานหรือแบตเตอรี่ 9V ควรใชขัวถ ้ านมาตอเขาทีจุ่ ดจายแรงดัน จากนันนํ ้ าสายของขัวถ ้ านนันมาต ้ อวงจรเพือทํ ่ าการท ดลอง

     SCi-B X   65

(5) เลือกการแสดงผลไดทังจากหน ้ าจอหรือโดยใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของแผง วงจรหลัก ปรากฏผลการทดลองดังนี้ วงจรที่ 1 วัดคากระแสไฟฟาไดเทากับ ................................... วงจรที่ 2 วัดคากระแสไฟฟาไดเทากับ ................................... วงจรที่ 3 วัดคากระแสไฟฟาไดเทากับ ................................... (6) ทดลองเปลี่ยนคาตัวตานทานทีใช ่ จํากัดกระแสในวงจรหลายๆ คา ใหดูทิศทางของกระแสไฟฟาดวย สังเกตผล ทีวั่ ดไดในการแตชุด ทดลองคํานวณผลตามทฤษฎีเปรียบเทียบกัน (อยาลืมวาการตอเพือวั ่ ดกระแส จะตองคิดคา ของตัวตานทาน 0.5 เขาไปในวงจรดวย)

การทดลองเพิมเติ ่ ม CURRENT 0.5

OUT

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

(7) ใหตอสายปากคีบจากแผงวงจรวัดกระแสไฟฟาไปยังขัวมอเตอร ้ ไฟตรง (8) ทดลองหมุนแกนมอเตอรดวยความเร็วตอเนือง ่ ทังทิ ้ ศตามเข็มนาฬิกา และทวนเข็มนาฬิกา สังเกตคาทีอ่ านได รวมถึงการทดลองหมุนเร็วขึ้น สังเกตผล เมือหมุ ่ นมอเตอรในทิศตามเข็มนาฬิกา วัดคากระแสไฟฟาไดเทากับ ................................... เมือหมุ ่ นมอเตอรในทิศทวนเข็มนาฬิกา วัดคากระแสไฟฟาไดเทากับ ................................... ทําไมจึงเปนเชนนัน้ ?

     SCi-B X 66  

  

    จุดประสงค เพือทดลองการวั ่ ดแรงดันไฟตรงในวงจร โดยอาศัยเครืองมื ่ อตรวจวัดเพือแสดงผล ่

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรลดทอนแรงดัน Attenuator 3. แบตเตอรี่ 9 V พรอมขั้วแบตเตอรี่ 4. ตัวตานทานไฟฟา คาความตานทาน รหัสสี 4 แถบ 5% 1k นําตาล-ดํ ้ า-แดง-ทอง 2k แดง-ดํา-แดง-ทอง 500 เขียว-ดํา-นําตาล-ทอง ้ 5. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

รหัสสีแบบ 5 แถบ 1% นําตาล-ดํ ้ า-ดํา-นําตาล-นํ ้ าตาล ้ แดง-ดํา-ดํา-นําตาล-นํ ้ าตาล ้ เขียว-ดํา-ดํา-ดํา-นําตาล ้

จํานวน 2 ตัว จํานวน 1 ตัว จํานวน 1 ตัว

คุณสมบัติของแผงวงจรลดทอนแรงดันไฟฟา Attenuator 1

Ratio 1 : input 0-5V

1M 1/2 Ratio 1/2 : input 0-10V

Vin 1M

Vout

มีตัวตานทาน 1M 2 ตัวตอกันเปนวงจรแบงแรงดัน ทําหนาทีเป ่ นโหลดใหกับวงจร โดยปรับอัตราสวนแรง ดันที่วัดเปน 1 หรือ 1/2 (แบงครึ่ง) ทําใหวสามารถวัดแรงดันอินพุตไดสูงขึ้น 2 เทาดวย

     SCi-B X   67

ปฏิบัติการ (1) ตอสายสัญญาณจากแผงวงจรลดทอนแรงดัน Attenuator เขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 ของ SCi-BOX (2) เลือกอัตราลดทอนแรงดันเปน 1/2 (3) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT05-Attenuator (4) ตอสายปากคีบที่จุดวัด VOLT ของแผงวงจรลดทอนแรงดัน Attenuator เพื่อทดลองวัดคาแรงดันตามจุดตางๆ ของวงจรในรูปที่ A5-2 โดยเลือกการแสดงผลไดทังจากหน ้ าจอหรือโดยใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตอง ตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของแผงวงจรหลัก การตอวงจรสามารถใชสายปากคีบหรือพันขาอุปกรณเขาดวยกัน สวนแบตเตอรี่ 9V ควรตอขัวแบตเตอรี ้ ก่ อน จากนันจึ ้ งนําสายจากขัวแบตเตอรี ้ มาต ่ อวงจร (5) คํานวณหาคาแรงดันตกครอมตามจุดตางๆ ของวงจรทดลองในรูปที่ A5-2 แลวเปรียบเทียบกับคาทีวั่ ดไดจาก ขั้นตอนที่ 4

รูปที่ A5-1 หนาตางกิจกรรม AT05-Attenuator ในโปรแกรม SCi-BOX Activity

     SCi-B X 68  

A 500

 วัดแรงดันระหวางจุด A - B ได......................V  วัดแรงดันระหวางจุด A - C ได......................V

B 9V

 วัดครอมแบตเตอรี่ 9 V ไดแรงดันเทากับ........V

 วัดแรงดันระหวางจุด A - D ได......................V  วัดแรงดันระหวางจุด A - E ได......................V

1k C 1k

 วัดแรงดันระหวางจุด B - C ได......................V  วัดแรงดันระหวางจุด B - D ได......................V  วัดแรงดันระหวางจุด B - E ได......................V

 วัดแรงดันระหวางจุด C - D ได......................V  วัดแรงดันระหวางจุด C - E ได......................V

2k E

 วัดแรงดันระหวางจุด D - E ได......................V

รูปที่ A5-2 วงจรสําหรับทดลองในกิจกรรม AT05-Attenuator เพือทดลองวั ่ ดแรงดันไฟตรงในวงจร

การทดลองเพิมเติ ่ ม #1 (6) หาฟองนําหนาประมาณ ้ 1 นิว้ ชุบนํ้าพอหมาด นําแผนทองแดง และแผนอะลูมิเนียม วางประกบทังสองด ้ าน แลวตอสายปากคีบไปยังแผงวงจรลดทอนแรงดัน Atteuator เลือก จัมเปอร ๊ ลดทอนไปทีตํ่ าแหนง “1” นันคื ่ อไมมีการลดทอนแรงดัน วัดแรงดันไฟฟา สังเกต ผลบนหนาจอครังแรก ้ จากนั้นนํานํามะนาวหยดลงไปบนฟองนํ ้ าที ้ ละนอย สังเกตผลทีได ่

การทดลองเพิมเติ ่ ม #2

ตอไปยังแผงวงจร ลดทอนแรงดัน

(7) นําแทงโลหะสองแทงจากการทดลองเพิ่มเติม #1 เสียบลงในมะนาว, หัวมันฝรั่ง, องุน, สม, ฝรั่ง สังเกตผลของ การวัดแรงดันทีได ่ ผลของการวัดแรงดันในมะนาว วัดแรงดันได .......................................V ผลของการวัดแรงดันในหัวมันฝรั่ง วัดแรงดันได .......................................V ผลของการวัดแรงดันในองุน วัดแรงดันได .......................................V ผลของการวัดแรงดันในสม วัดแรงดันได .......................................V ผลของการวัดแรงดันในฝรั่ง วัดแรงดันได .......................................V ทําไมจึงเปนเชนนัน้ ?

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X   69

  

     

จุดประสงค เพือทดลองการวั ่ ดความเขมแสง โดยอาศัยเครืองมื ่ อตรวจวัดเพื่อแสดงผล

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรตรวจจับแสง LDR Light sensor 3. ไฟฉาย ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 4. แผนพลาสติกใสสีตางๆ ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 5. แผนโพลาไรซ 2 แผน ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 6. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

คุณสมบัติแผงวงจรตรวจจับแสง ZX-LDR (พิจารณาที่จุดตอแปรผันตามแสง) +5V. LDR PORT 10k

เปนการวัดโดยใชเทคนิคการแบงแรงดัน ใชตัวตานทานแปรคาตามแสง หรือ LDR ทีทํ่ าจากแคดเมียมซัลไฟด (CdS) เมือมี ่ แสงตกกระทบ คาความ ตานทานของ LDR จะลดลง สงผลใหแรงดันตกครอมตัวตานทาน 10kW มีคามากขึน้ นันคื ่ อทีจุ่ ดตอ PORT อันเปนเอาตพุต ก็จะมีแรงดันสูงขึนตาม ้ ไปดวย แตถาแสงที่ตกกระทบ LDR มีความเขมลดลง คาความตานทาน ของ LDR จะมากขึ้น สงผลใหแรงดันเอาตพุตลดลง

ปฏิบัติการ (1) ตอสายสัญญาณจากแผงวงจรตรวจจับแสง ZX-LDR ทีจุ่ ดตอ + เขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 ของ SCiBOX (2) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT06-Light (3) จากนันนํ ้ าไปทดลองวัดคาความเขมแสงในสภาวะตางๆ กัน สังเกตผลลัพธทีอ่ านได โดยเลือกการแสดงผลได ทังจากหน ้ าจอหรือโดยใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของแผงวงจรหลัก

     SCi-B X 70  

รูปที่ A6-1 หนาตางกิจกรรม AT06-Light ในโปรแกรม SCi-BOX Activity แหลงกําเนิดแสง (ไฟฉาย)

แผนพลาสติกใสสีตางๆ แผงวงจรตรวจจับแสง LDR Light sensor ทดลองเลื่อนไป-มา ตอสายไปยังจุด SENSOR0 ของ SCi-BOX

รูปที่ A6-2 การทดลองคุณสมบัติของแสงและการรับแสงของแผงวงจรตรวจจับแสง LDR LIght sensor ในกิจกรรม AT06-Light ของ SCi-BOX Activity การทดลองคือ สองแสงจากไฟฉายผานตัวกลางอยางแผนพลาสติกใสสีตางๆ เพื่อทดสอบวา แสงจะ สามารถผานตัวกลางแบบนีไปได ้ ดีเพียงไร โดยแผงวงจรตรวจจับแสงจะคอยรับแสงทีผ่ านตัวกลางมา แรงดันทีออก ่ จากแผงวงจรตรวจจับแสงจะเปนตัวทีบ่ งบอกวา แสงสามารถผานตัวกลางแผนพลาสติกใสสีใดไดดีกวากัน ซึงใน ่ การทดลองจริงอาจตองมีการปรับตําแหนงของแผงวงจรตรวจจับแสงดวย เพือให ่ การตรวจจับทําไดผลดีทีสุ่ ด และ ลดการรบกวนจากแสงภายนอกดวย

     SCi-B X   71

(4) เปลี่ยนตัวกลางจากแผนพลาสติกใสเปนแผนโพลาไรซ (polarize) 2 แผน จัดวางตามรูปที่ A6-3 แลวทําการ ทดลองวัดคาความเขมแสงในสภาวะตางๆ

แผงวงจร ตรวจจับแสง

วางแผนโพลาไรซ แผนแรกในแนวตั้ง

หมุนแผนโพลาไรซในมุมตางๆ แลวทดลองวัดแสงในแตละชวง ความสวางที่ตกกระทบ

แหลงกําเนิดแสง

รูปที่ A6-3 การทดลองคุณสมบัติของแสงและการรับแสงของแผงวงจรตรวจจับแสง LDR LIght sensor เมือใชช ่ ตัวกลางเปนแผนโพลาไรซ 2 แผน วางในทีแตกต ่ างกัน

การทดลองเพิมเติ ่ ม (5) ทดลองเปลียนไปใช ่ จุดตอเอาตพุตแบบแปรผกผันกับแสงของแผงวงจรตรวจจับแสง LDR Light sensor สังเกต ผลทีเปลี ่ ่ยนแปลง

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 72  

  

  จุดประสงค  เพือทดลองติ ่ ดตอกับอุปกรณตรวจจับลอจิก  เพือให ่ สามารถประยุกตใชแผงวงจรสวิตชในการสรางระบบควบคุมอยางงาย โดยใชสวิตชเพียงตัวเดียวสั่งเปด

ปดไฟ 4 ดวงไลเรียงกัน

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรสวิตช 3. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

รูปที่ A7-1 หนาตางกิจกรรม AT07-Switch ในโปรแกรม SCi-BOX Activity

     SCi-B X   73

ปฏิบัติการ

P11 P10

(1) ตอสายจากจุดตอ HIGH ของแผงวงจรสวิตชเขาทีจุ่ ดตอ P1 ของ SCi-BOX (2) เลือกจัมเปอร ๊ RELAY/MOTOR บน Sci-BOX ไปทีตํ่ าแหนง RELAY P8

RELAY

MOTOR

RELAY 12V 5A

P11 RELAY P10 RELAY

RELAY 12V 5A

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

RELAY 12V 5A

หนาสัมผัสของรีเลย เสมือนเปนสวิต ชตัดตอ

(3) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT07-Switch (4) ทดลองกดสวิตช สังเกตการทํางานของรีเลยเมือมี ่ การกดสวิตซแตละครัง้ พรอมกับสังเกตผลทีอ่ านไดบนจอภาพ หรือทีโมดู ่ ล SLCD เมื่อดาวนโหลดโปรแกรมแลว LED ทังหมดจะดั ้ บลง เมื่อกดสวิตช ครั้งที่ 1 LED ทีตํ่ าแหนง P8 จะติด สวาง พรอมกับไดยินเสียงการตอหนาสัมผัสของรีเลย P8 ในตําแหนงขวาสุด เมื่อกดสวิตชครั้งที่ 2 LED P9 ติดสวาง ไลเรียงลําดับไปจนครบ แลววนทํางานซํา้ สวนการแสดงผลบนจอภาพและโมดูล LCD จะแสดงเปนตัวเลขฐานสองขนาด 4 บิต โดยบิตใดทีทํ่ า งานจะเปน “1” บิตที่เหลือเปน “0” ทังหมด ้ จึงเกิดเปนขอมูลดังนี้ 0000 เมื่อเริมทํ ่ างาน 0001 เมื่อกดสวิตชครั้งที่ 1 บิต P8 เซตเปน “1” 0010 เมื่อกดสวิตชครั้งที่ 2 บิต P9 เซตเปน “1” 0100 เมื่อกดสวิตชครั้งที่ 3 บิต P10 เซตเปน “1” 1000 เมื่อกดสวิตชครั้งที่ 4 บิต P11 เซตเปน “1” 0000 เมื่อกดสวิตชครั้งที่ 5 แลววนกลับไปที่ 0001 ใหม

     SCi-B X 74  

การทดลองเพิมเติ ่ ม (5) เปลี่ยนไปใชจุดตอ LOW ของแผงวงจรสวิตช สังเกตผลทีเปลี ่ ่ยนแปลง (6) จากการทํางานของรีเลย สามารถตอหนาสัมผัสไปควบคุมอุปกรณภายนอกได โดยตออนุกรมกับวงจรดังรูป รีเลย

ขั้วตอ

หลอดไฟ 220V 60W

ปลั๊กไฟ 220Vac

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X   75

  

      

จุดประสงค เพือทดลองการใช ่ งานตัวตรวจจับแสงอินฟราเรด โดยใชคุณสมบัติการสงผานลําแสง

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด ZX-IrLED 3. แผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรด ZX-PHOTO 4. แผนพลาสติกใสหรือกระจกใส ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 5. แผนพลาสติกทึบแสง ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 6. แผนโลหะ ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 7. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

Object

คุณสมบัติที่นาสนใจในการทํางานรวมกันของแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด (ZXIrLED) กับแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรด ZX-PHOTO (photo-transistor) PORT 510

+5V 10k

Vout IR LED

Photo transistor

แผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด Infrared LED จะสง แสงอินฟราเรดเมื่อไดรับสัญญาณลอจิก “1” มาที่ขา PORT ทางดานตัวรับทีแผงวงจรตรวจจั ่ บแสงอินฟราเรด Photo transistor จะทําหนาทีรั่ บแสงอินฟราเรด โดย จะใหเอาตพุตเปนลอจิก “1” เมือไม ่ มีแสงอินฟราเรดมา ตกกระทบ นันคื ่ อเกิดการบังแสงดวยวัตถุ (object) และ ใหเอาตพุตลอจิก “0” เมือมี ่ แสงอินฟราเรดตกกระทบ นัน่ คือไมมีวัตถุบังแสงอินฟราเรด

     SCi-B X 76  

รูปที่ A8-1 หนาตางกิจกรรม AT08-IR Beam ในโปรแกรม SCi-BOX Activity (3) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT08-IR Beam (4) วางแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรดและแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดใหหันหนาเขาหากัน หางประมาณ 5 เซนติเมตร ดังรูปที่ A8-2 แลวกดสวิตช RESET บน SCi-BOX เพื่อเริมต ่ นนับคา (5) ทดลองนําแผนพลาสติกหรือวัตถุตางๆ มาตัดลําแสง สังเกตคาทีนั่ บบนจอภาพวามีการเปลียนแปลงหรื ่ อไม หรืออาจใชโมดูล SLCD ในการแสดงผลก็ได โดยตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของ SCi-BOX นําแผนพลาสติกตางๆ มาตัดผานลําแสง แผงวงจรกําเนิดแสง อินฟราเรด Infrared LED

แผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรด Photo transistor ตอไปยัง P1 ของ SCi-BOX ตอไปยัง P0 ของ SCi-BOX

รูปที่ A8-2 การตออุปกรณทดลองในกิจกรรม AT08-IR Beam

     SCi-B X   77

การทดลองเพิมเติ ่ ม #1 (6) ทดลองประยุกตใชงานเพิ่มเติม โดยนําแผนพลาสติกใสมาติดเทป PVC สีดํา (เทปพันสายไฟ) ดังรูป จากนัน้ กดสวิตช RESET บน SCi-BOX แลวลากแถบพลาสติกที่ทําขึ้นตัดผานลําแสงชาๆ สังเกตผล จากนันติ ้ ดแถบเทปสี ดําเพิ่มเปน 6, 7 และ 8 และทดลองซํา้ สังเกตผล

1 cm.

การทดลองเพิมเติ ่ ม #2 (7) ตัดแผนพลาสติกใสเปนแผนกลม แลวติดเทปสีดําเปนสวนๆ ดังรูป เจาะรูตรงชองกลางและติดแกนเขาไป กดสวิตช RESET บน SCi-BOX และทดลองหมุนแผนพลาสติก สังเกตผล รัศมี 2 เซนติเมตร แนวลําแสงที่สองผาน

4 สวน

8 สวน

16 สวน

(8) ประยุกตนําไปใชงานโดยใชวัดระยะทาง โดยใหหมุนแผนพลาสติกไปตามพื้นที่ตองการวัด และคาทีได ่ จากจอ แสดงผลเปนจํานวนชองที่นับได หมุนไปตามระยะทาง

ตัวสงและ ตัวตรวจจับ

จากรูปตัวอยางใชแผนกลม 16 สวน จะสรางสัญญาณ 8 ครั้งตอ 1 รอบ เทากับครั้งละ 360/8 = 45 องศา คิดเปนระยะทาง 2r / 8 = r /4 ดังนั้น ถาใชแผนพลาสติกรัศมี 2 เซนติเมตร ขอมูลของการตรวจจับจะเพิ่มทุกๆ ระยะทาง / 2 หรือ 1.57 เซนติเมตร ถาอานคาได 86 ระยะทางทีได ่ จริงคือ (/ 2) x 86 = 135 เซนติเมตร (9) นอกจากนันยั ้ งสามารถนําผลการทดลองในกิจกรรมนีไปประยุ ้ กตเพื่อนับสิงของได ่ ดังรูป ตัวสง ตัวรับ รูปแสดงการใชนับวัตถุที่ทึบแสง ในระบบสายพานลําเลียง

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 78  

  

    จุดประสงค เพื่อทดลองใชงานตัวตรวจจับแสงอินฟราเรด โดยใชคุณสมบัติการสะทอนแสง

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด ZX-IrLED 3. แผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรด ZX-PHOT 4. แผนพลาสติกสีขาวหรือกระจกเงา ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 5. แผนพลาสติกสีดําดาน ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 6. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

คุณสมบัติที่นาสนใจในการทํางานรวมกันของแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด (ZXIrLED) กับแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรด (ZX-PHOTO) ในการตรวจจับวัตถุ แบบสะทอนแสง Object

Photo transistor PORT 510

10k

IR LED Vout

+5V

แผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด ZX-IrLED จะสงแสงอินฟราเรดเมือได ่ รับสัญญาณลอจิก “1” มาทีขา ่ PORT ทางดานตัวรับทีแผงวงจรตรวจจั ่ บแสงอินฟราเรด ZX-PHOTO โดยมีโฟโตทรานซิสเตอรทําหนาทีรั่ บแสงอินฟราเรด โดยจะใหเอาตพุตเปนลอจิก “1” เมือไม ่ มีแสงอินฟราเรดมาตกกระทบ นันคื ่ อไมมีการสะทอนแสงจากวัตถุ (object) และใหเอาตพุตลอจิก “0” เมือมี ่ แสงอินฟราเรดตกกระทบ นันคื ่ อ มีการสะทอนแสงอินฟราเรดกลับมาจากวัตถุ

     SCi-B X   79

รูปที่ A9-1 หนาตางกิจกรรม AT09-IR Reflect ในโปรแกรม SCi-BOX Activity

ปฏิบัติการ (1) ตอสายจากแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด ZX-IrLED เขาทีจุ่ ดตอ P0 ของ SCi-BOX (2) ตอสายจากแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรด ZX-PHOTO เขาทีจุ่ ดตอ P1 ของ SCi-BOX (3) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT09-IR Reflect (4)วางแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรดและแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดใหหันหนาไปในทางเดียวกันและวางชิด กัน ดังรูปที่ A9-2 แลวกดสวิตช RESET เพื่อเริมต ่ นนับคา นําวัตถุตางๆ มาแกวงหนาตัวตรวจจับ ทดลองที่ระยะหาง ตางๆกัน แผงวงจรตรวจจับ แผงวงจรกําเนิดแสง แสงอินฟราเรด อินฟราเรด Photo transistor Infrared LED

รูปที่ A9-2 การจัดวางแผงวงจรตรวจจับ แสงอินฟราเรดเพือตรวจจั ่ บวัตถุโดยใช การสะทอนแสงอินฟราเรดในกิจกรรม AT-09 IR Reflect

     SCi-B X 80  

(5) ทดลองนําแผนพลาสติกหรือวัตถุตางๆ มาแกวงผานหนาตัวตรวจจับ โดยทดลองทีความห ่ างตางกัน สังเกตคา ทีนั่ บบนจอภาพวามีการเปลียนแปลงหรื ่ อไม หรืออาจใชโมดูล SLCD ในการแสดงผลก็ได โดยตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของ SCi-BOX

การทดลองเพิมเติ ่ ม (6) ทดลองประยุกตใชงานเพิ่มเติมเปนตัวนับรอบเพลา โดยหาทอพลาสติกหรือแทงวัตถุทรงกระบอกอืนๆ ่ ทีมี่ เสน ผานศูนยกลางประมาณ 1 นิ้วขึ้นไป พันรอบแกนดวยเทปพันสายไฟสีดําใหรอบและติดแถบสะทอนแสง เชน สติ๊กเกอรสีเงินหรือสีขาว ดังรูปตัวอยาง จากนันกดสวิ ้ ตช RESET แลวทดลองหมุนทอพลาสติกไปรอบๆ ใหอยูใน  แนวของตัวตรวจจับ สังเกตผลทีเกิ ่ ดขึ้นในการหมุนแตละรอบ ตัวรับ

แถบสะทอนแสง

ตัวสง หมุนไปรอบๆ

(7) นอกจากนันยั ้ งสามารถนําผลการทดลองในกิจกรรมนีไปประยุ ้ กตเพื่อนับสิงของได ่ ดังรูป

ตัวรับ ตัวสง

รูปแสดงการใชนับวัตถุที่สะทอนแสงได ในระบบสายพานลําเลียง

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X   81

  

  

จุดประสงค เพือทดลองการใช ่ งานโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz ในการตรวจจับวัตถุ

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด ZX-IrLED 3. แผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz ZX-IRM 4. แผนพลาสติกสีขาวหรือกระจกเงา ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 5. แผนพลาสติกสีดําดาน ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 6. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

คุณสมบัติที่นาสนใจในการทํางานรวมกันของแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด (ZXIrLED) กับแผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz (ZX-IRM) ในการตรวจจับวัตถุ Object Infrared receiver module PORT 510 38kHz

IR LED

+5V OUT

ในการทํางานปกติแผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz เมือไม ่ ไดรับสัญญาณ 38kHz ทีผสมมากั ่ บแสง อินฟราเรด จะใหลอจิก “1” ออกมาทางเอาตพุตที่จุด OUT แตถาไดรับแสงอินฟราเรดทีผสมสั ่ ญญาณความ ถี่ 38 kHz อยางตอเนือง ่ จะใหสัญญาณลอจิกเอาตพุต ออกมาเปน “0” ในชวงเวลานันๆ ้ ดังนันแสงอิ ้ นฟราเรด ที่ ถู กส งออกจากแผงวงจรกําเนิ ดแสงอิ นฟราเรด Infrared LED จะตองมีการผสมความถี่ 38 kHz เขา ไปเมือต ่ องการสงลอจิก “0” และไมทํางานใดๆ เมือส ่ ง ลอจิก “1”

ปฏิบัติการ (1) ตอสายจากแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรด ZX-IrLED เขาทีจุ่ ดตอ P0 ของ SCi-BOX (2) ตอสายจากแผงวงจรโมดูลรับแสงอินฟราเรด 38kHz เขาทีจุ่ ดตอ P1 ของ SCi-BOX

     SCi-B X 82  

รูปที่ A10-1 หนาตางกิจกรรม AT10-IR Ranging ในโปรแกรม SCi-BOX Activity (3) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT10-IR Ranging (4) วางแผงวงจรกําเนิดแสงอินฟราเรดและแผงวงจรตรวจจับแสงอินฟราเรดใหหันหนาไปในทางเดียวกันและวาง ชิดกันดังรูปแลวกดสวิตช RESET เพือเริ ่ มต ่ นนับคา

ตัวรับ

ตัวสง (5) ทดลองนําแผนพลาสติกหรือวัตถุตางๆ มาแกวงผานหนาตัวตรวจจับ โดยทดลองทีความห ่ างตางกัน สังเกตคา ทีนั่ บบนจอภาพวามีการเปลียนแปลงหรื ่ อไม หรืออาจใชโมดูล SLCD ในการแสดงผลก็ได โดยตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของ SCi-BOX

     SCi-B X   83

การทดลองเพิมเติ ่ ม (6) ผูทดลองสามารถนํ  าความรูและผลการทดลองในกิ  จกรรมนีมาประยุ ้ กตใชในการแยกแถบสีขาว-ดํา ดังรูป เลื่อนชุดตรวจจับไป-มา ใหแนวลําแสง ตกกระทบพื้นสีขาว-ดํา แผงวงจรกําเนิด แสงอินฟราเรด Infrared LED

แผงวงจรโมดูลรับแสง อินฟราเรด 38kHz Infrared receiver module

ทดลองที่ระยะหางตางๆกัน 3 cm.

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 84  

  

   จุดประสงค เพือทดลองการวั ่ ดแนวโนมอุณหภูมิ โดยอาศัยเครืองมื ่ อตรวจวัดเพื่อแสดงผล

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรวัดอุณหภูมิ ZX-THERMISTOR 3. แหลงกําเนิดความรอนสําหรับทดลอง เชน ไดรเปาผม ถาใชไมขีดไฟหรือเทียนไข ให  วางอุปกรณตรวจวัดหางออก มาเล็กนอย อยาใหโดนเปลวไฟโดยตรง ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 4. แหลงกําเนิดความเย็นสําหรับทดลอง เชน นําแข็ ้ ง ตองระวังไมใหขาของอุปกรณตัวตรวจวัดโดนนําโดยตรง ้ ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 5. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

คุณสมบัติที่นาสนใจของแผงวงจรวัดอุณหภูมิ ิ ZX-THERMISTOR +5V

T PORT

10k

เปนการวัดโดยใชเทคนิคการแบงแรงดัน โดยนําตัวตานทานแปรคาตามอุณหภูมิ แบบผกผัน (NTC) มาตอรวมกับตัวตานทาน เมื่ออุณหภูมิสูงขึน้ ความตานทาน ของเทอรมิสเตอรจะลดลง ทําใหแรงดันตกครอมตัวตานทาน 10k ซึ่งก็คือ แรงดันเอาตพุตของวงจรจะมีคามากขึน้ แตถาอุณหภูมิลดลง คาความตานทาน ของเทอรมิสเตอรจะมากขึน้ ทําใหแรงดันเอาตพุตลดลง เทอรมิสเตอรทีนํ่ ามาใชงานนันจะมี ้ คาความตานทานเทากับ 10k ทีอุ่ ณหภูมิ หอง (25 องศาเซลเซียส)

ปฏิบัติการ (1) ตอสายจากจุดตอ + (แปรผันตามอุณหภูมิ) ของแผงวงจรวัดอุณหภูมิ ิ ZX-THERMISTOR ไปยังจุด ตอ SENSOR0 ของ SCi-BOX (2) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT11-Temperature (3) เลือกการแสดงผลไดทังจากหน ้ าจอหรือโดยใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของแผง วงจรหลัก

     SCi-B X   85

รูปที่ A11-1 หนาตางกิจกรรม AT11-Temperature ในโปรแกรม SCi-BOX Activity (4) นําแผงวงจรวัดอุณหภูมิวางไวทีอุ่ ณหภูมิหอง สังเกตคาทีอ่ านได (5) ทดลองนําไปวัดกับแหลงกําเนิดความรอนและเย็น สังเกตผลลัพธทีอ่ านได ทดลองการนํา และการพาความรอน โดยการยายตัวตรวจจับไปที่ตําแหนงตางๆ น้ําแข็ง

แผงวงจรวัดอุณหภูมิ

แผงวงจรวัดอุณหภูมิ ระวังอยาใหขาของ เทอรมิสเตอรสัมผัส กับน้ําแข็งโดยตรง

แหลงกําเนิดความเย็น

แหลงกําเนิดความรอน

การทดลองเพิมเติ ่ ม (6) ทดลองเปลี่ยนไปใชจุดตอแปรผกผันกับอุณหภูมิของแผงวงจรวัดอุณหภูมิ สังเกตผลที่เปลี่ยนแปลง

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 86  

  

  จุดประสงค เพือทดลองการใช ่ งานแผงวงจรตรวจจับแสงสะทอนในการวัดความเขมสี โดยใชคุณสมบัติการสะทอนแสง

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน ZX-REFLECT 3. กระดาษขาว และกระดาษขาวทีใช ่ ดินสอดําฝนเบาๆ เปนรูปวงกลมดํา เสนผานศูนยกลางประมาณ 1 เซนติเมตร ทีความเข ่ มดินสอตางๆ กัน เชน F, HB, 2B, E ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 4. กระดาษสีตางๆ กัน เชน แดง เขียว เหลือง ฟา ดํา ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม 5. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผล หรือโมดูลแสดงผล SLCD

คุณสมบัติทีน่ าสนใจในการทํางานของแผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน ZX-REFLECT Object

Red LED super bright

220 +5V

LDR Vout 10k

ในแผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน มีแหลงกําเนิดแสงสีแดงซึงได ่ จาก LED สีแดงแบบสวางพิเศษหรือซูเปอรไบรตสองอยูตลอดเวลา สวนการตรวจจับแสงสะทอนนั้นจะใชตัวตานทานแปรคาตาม แสงหรือ LDR ตอรวมกับตัวตานทาน 10k เปนวงจรแบงแรงดัน โดย ใหผลลัพธคือ ถามีแสงสะทอนกลับมามาก คาความตานทานของ LDR จะลดลง ทําใหแรงดันเอาตพุตของวงจร ซึ่งก็คือแรงดันตกครอม ตัวตานทาน 10k มีคามากขึน้ แตถาแสงทีสะท ่ อนกลับมามีนอย คา ความตานทานของ LDR ก็จะมากขึน้ ทําใหแรงดันเอาตพุตลดลง

ปฏิบัติการ (1) ตอสายจากแผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน ZX-REFLECT ไปยังจุดตอ SENSOR0 ของ SCi-BOX (2) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT12-Red light reflect (3) จัดวางแผงวงจรตรวจจับแสงสะทอนควําหน ่ ากับกระดาษ โดยสังเกตบริเวณทีทํ่ าการวัดจากแสงสีแดงทีส่ องออก จากแผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน

     SCi-B X   87

รูปที่ A12-1 หนาตางกิจกรรม AT12-Red light reflect ในโปรแกรม SCi-BOX Activity (4) นํากระดาษที่ฝนดินสอเอาไวมาทดลอง โดยวัดที่ระยะหางจากกระดาษประมาณ 5 มิลลิเมตร สังเกตคาทีอ่ าน ไดในแตละพืนที ้ ่ เมือเที ่ ยบกับสีขาวของพืนกระดาษ ้ โดยเลือกการแสดงผลไดทังจากหน ้ าจอหรือโดยใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของแผงวงจรหลัก แผงวงจรตรวจจับแสงสะทอน ZX-REFLECT ผงดินสอที่ฝนเอาไว ทดลองที่ระยะหางตางๆกัน กระดาษขาวที่ฝนดินสอเอาไว

พืนที ้ ขาวของกระดาษ ่ วัดคาได .............................................. บริเวณทีฝนด ่ วยดินสอความเขม Fวัดคาได............................................... บริเวณทีฝนด ่ วยดินสอความเขม 2B วั ดคาได.............................................. บริเวณทีฝนด ่ วยดินสอความเขม HB วั ดคาได..............................................

     SCi-B X 88  

(5) ทดลองวัดคาแถบสีดําดานลางนี้ สังเกตคาทีอ่ านได โดยอานคาจากสีดําทางซายไปยังสีขาวทางขวา สังเกตผล ทีเกิ ่ ดขึน้

พืนที ้ ดํ่ าทางซายสุด พื้นทีตรงกลาง ่ พืนที ้ ดํ่ าทางขาวสุด

วัดคาได .............................................. วัดคาได............................................... วั ดคาได..............................................

การทดลองเพิมเติ ่ ม (6) ทดลองกับกระดาษขาวเชนเดิม แตเปลี่ยนแปลงระยะหางที่ทําการวัดตั้งแต 1 มิลลิเมตร จนถึง 3 เซนติเมตร สังเกตผลทีได ่ (7) ทําการทดลองกับกระดาษสีอืนๆ ่ ดวยวิธีการเดียวกับขอ (4) สังเกตผลทีได ่

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X   89

  

   

จุดประสงค เพือทดลองการตรวจจั ่ บเสียง โดยใชคอนเดนเซอรไมโครโฟนขนาดเล็ก

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรตรวจจับเสียง ZX-SOUND 3. แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบโปเทนชิโอมิเตอรตัวตัง้ 4. แผงวงจรเปรียบเทียบสัญญาณ 5. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผลหรือโมดูลแสดงผล SLCD

คุณสมบัติทีน่ าสนใจในการทํางานของแผงวงจรตรวจจับเสียง ZX-SOUND

MIC

PORT

แผงวงจรนี้ ทําหน าที่ ขยายแรงดั นที่ได จากการแปลง สั ญญาณเสี ยงเป นสั ญญาณไฟฟาของคอนเดนเซอร ไมโครโฟนใหแรงขึ้น เพื่อใหใชงานไดดวยการตรวจสอบ ลอจิก โดยสัญญาณจะถูกขยายตามจังหวะของเสียงทีเกิ ่ ด ขึ้น

COM

ปฏิบัติการ (1) ตอสายจากแผงวงจรตรวจจับเสียง ZX-SOUND ไปยังจุดตอ P0 บน SCi-BOX (2) เลือกจัมเปอร ๊ RELAY/MOTOR บน SCi-BOX ไปทีตํ่ าแหนง RELAY (3) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT13-Sound event (4) ทดลองเคาะเสียงหรือปรบมือใกลๆ ไมโครโฟนบนแผงวงจรตรวจจับเสียง สังเกตการทํางานของรีเลยบน SCi-BOX รีเลยในตําแหนง P8 ก็จะทํางาน-หยุดทํางานสลับกันตามจังหวะของเสียงทีตรวจจั ่ บได สังเกตไดจากเสียง ของหนาสัมผัสรีเลยทีตั่ ดตอสลับกัน

     SCi-B X 90  

รูปที่ A13-1 หนาตางกิจกรรม AT13-Sound event ในโปรแกรม SCi-BOX Activity

การทดลองเพิมเติ ่ ม (5) ทําการทดลองรวมกับอุปกรณอีก 2 ตัวคือ แผงวงจรตัวตานทานปรับคาได ZX-POTH หรือ ZX-POTV และแผง วงจรเปรียบเทียบสัญญาณ ZX-COMPARATOR โดยตอสายสัญญาณดังรูป

แผงวงจรตัวตานทานปรับคาได A

สัญญาณเสียง (B)

A>B

ระดับอางอิง (A) A

Potentiometer

SOUND

แผงวงจรตรวจจับเสียง

B>A

แผงวงจรเปรียบเทียบ สัญญาณ

A>B ใหผลเปนลอจิก "0" A<B ใหผลเปนลอจิก "1"

ตอไปยัง P0 ของ SCi-BOX B>A ใหผลเปนลอจิก "0" B<A ใหผลเปนลอจิก "1"

     SCi-B X   91

(6) เลือกใชสัญญาณเอาตพุตจากชอง A>B ของแผงวงจรเปรียบเทียบสัญญาณ โดยจะทํางานที่ลอจิก “0” ตอไป เขาทีจุ่ ด P0 ของ SCi-BOX แทนที่การตอตรงจากแผงวงจรตรวจจับเสียงในการทดลองขอที่ 1 (7) เลือกจัมเปอร ๊ RELAY/MOTOR ไปยังตําแหนง RELAY เพือเลื ่ อกใหรีเลยทํางาน (8) ทําการปรับแกนหมุนของตัวตานทานบนแผงวงจรตัวตานทานปรับคาได Potentiometer เพือกํ ่ าหนดระดับความ ไวของเสียงทีต่ องการ เงือนไขในการทํ ่ างาน ถาสัญญาณเสียงจากแผงวงจรตรวจจับเสียงตํากว ่ าระดับทีตั่ งไว ้ ดวยแผงวงจรตัวตานทานปรับคาได LED สีแดงที่เอาตพุต A>B จะติดสวาง และรีเลยไมทํางาน ถาสัญญาณเสียงจากแผงวงจรตรวจจับเสียงสูงกวาระดับทีตั่ งไว ้ ดวยแผงวงจรตัวตานทานปรับคาได LED สีเขียวทีเอาต ่ พุต B>A (ซึงก็ ่ คือ A<B นันเอง) ่ จะติดสวาง รีเลยทํางาน และมีการขับเสียงออกทางลําโพงบนบอรด SCi-BOX ดวย

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 92  

  

     จุดประสงค เพือทดลองการความสั ่ มพันธระหวางการเคลือนที ่ ทางกลกั ่ บคาของตัวตานทานปรับคาได

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนเลือนหรื ่ อแบบสไลด (VARIABLE RESISTOR : SLIDE Type) 3. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผลหรือโมดูลแสดงผล SLCD

คุณสมบัติของแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนเลือนหรื ่ อสไลด (ZX-SLIDE)

ปฏิบัติการ

เปนการวัดโดยใชเทคนิคการแบงแรงดัน จากตัวตานทานปรับ คาไดแบบแกนเลือนหรื ่ อสไลด (slide) ในแบบ B ซึงมี ่ การ เปลียนแปลงแบบเชิ ่ งเสน (linear type) ซึงมี ่ อัตราการเปลียน ่ แปลงค าต อการเลื่อนแกนเปนเชิงเสนตรง จึงสามารถนํา พฤติกรรมการเลือนแกนนี ่ มาใช ้ ในการวัดระยะทางได โดยคา ของความตานทานที่เปลี่ยนแปลงไปทําใหแรงดันเปลี่ ยน แปลงตามในอัตราสวนทีสั่ มพันธกับระยะทาง

(1) ตอสายจากแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบสไลดเขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 ของ SCi-BOX (2) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT14-Linear position (3) ทดลองเลือนแกนของตั ่ วตานทานไปมา สังเกตคาทีอ่ านไดกับระยะทางทีเคลื ่ อนที ่ ไป ่ โดยในการแสดงผลสามารถ เลือกไดทังจากหน ้ าจอหรือโดยใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของแผงวงจรหลัก เลื่อนแกนไปมา ตอไปยังจุดตอ SENSOR0 แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบสไลด

     SCi-B X   93

รูปที่ A14-1 หนาตางกิจกรรม AT14-Linear position ในโปรแกรม SCi-BOX Activity (4) ทดลองชั่งนํ้าหนักของวัตถุ จากรูปนําสปริงที่ทราบคานิจ (K) มาผูกเชือกแขวนไวแลวนําปลายเชือกอีกดานหนึงพั ่ นเอาไวทีแกน ่ x ; ระยะที่สปริงยืด เลือนของตั ่ วตานปรับคาได โดยใหตําแหนงแกนของตัวตานทานอยู ออกจากสภาวะปกติ ทีตํ่ าแหนง 0% แลวยึดตัวตานทานไวกับผนัง ทิงปลายเชื ้ อกไวสําหรับ ผูกกับกอนนําหนั ้ กทีต่ องการชัง่ ระยะที่แกนของตัวตานทาน เคลื่อนที่ไดก็เทากับ x เชนกัน (5) จากนันปล ้ อยกอนนํ้าหนัก แลวคํานวณนําหนั ้ กดังนี้ ระยะในการเคลื่อนทีทั่ งหมดของแกนเลื ้ ่อนในตัวตานทาน ปรับคาไดคือ 0.027 เมตร กําหนดเปน 100% คาทีอ่ านได 1% จึงเทากับ 0.00027 เมตร ไดระยะทางที่สปริงเคลื่อนที่ไปเทากับ L = คาทีอ่ านไดจากหนาจอ x 0.00027 เมตร นําคาทีได ่ ไปคูณกับคานิจสปริง (K) ทีทราบค ่ า จะไดเปน แรงดึงสปริง (F) ถาไมคิดนํ้าหนักของอุปกรณอืนๆ ่ รอบดาน เมือสปริ ่ งสมดุลย จะไดวา F = Kx และ F = mg ; g = 9.81 m/s2 Kx = mg แทนคาในสมการ จะไดนําหนั ้ กของกอนนํ้าหนัก

แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบสไลด

การทดลองเพิมเติ ่ ม

กอนน้ําหนัก

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 94  

  

   จุดประสงค เพือทดลองการความสั ่ มพันธระหวางการเคลือนที ่ ทางกลกั ่ บคาของตัวตานทานปรับคาได

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนหมุน Potentiometer ตัวนอนหรือตั้ง 3. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผลหรือโมดูลแสดงผล SLCD

คุณสมบัติของแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนหมุน ZX-POTV

เปนการวัดโดยใชเทคนิคการแบงแรงดันจากตัวตานทานปรับคาได แบบหมุนหรือโปเทนรชิโอมิเตอรในแบบ B (linear type) ซึงมี ่ อัตราการเปลียนแปลงค ่ าความจตานทานตอการเคลือนที ่ เป ่ นเชิง เสนตรง ทําใหคาทีได ่ เปนอัตราสวนกับมุมของแกนหมุนทีเปลี ่ ยน ่ แปลงไป มีจุดตอเอาตพุต 2 แบบคือ

หมุนแกนตามเข็มนาฬิกา คาแรงดันเอาตพุตเพิม่

+ หมุนแกนทวนเข็มนาฬิกา คาแรงดันเอาตพุตเพิม่

ปฏิบัติการ (1) ตอสายจากจุดตอ + ของแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบหมุน ZX-POTV เขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 ของ SCi-BOX (2) ดาวนโหลดโปรแกรมดวยไฟลของกิจกรรม AT15-Rotation angular (3) จากนันให ้ กดสวิตช RESET บนบอรด SCi-BOX เพื่อเทียบตําแหนงที่ 0 องศากอน เมือใช ่ งานมุมที่หมุนไปจะได คาเปนคามุมสัมพัทธกับตําแหนงเดิมทีตั่ ้งไว (4) นําแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบหมุน ZX-POTV ไปตอกับกลไกทีเคลื ่ อนที ่ แบบหมุ ่ น (จํากัดการหมุนของ Potentiometer ทีใช ่ ไวใหแสดงผลไมเกิน 220 องศา) สังเกตผลลัพธทีอ่ านไดในแตละตําแหนง โดยในการแสดง ผลเลือกไดทังจากหน ้ าจอหรือใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของ SCi-BOX

     SCi-B X   95

รูปที่ A15-1 หนาตางกิจกรรม AT15-Rotation angular ในโปรแกรม SCi-BOX Activity

การทดลองเพิมเติ ่ ม #1 (5) ทดลองทําเครื่องมือวัดมุมอยางงายๆ ถาตองการทราบมุมระหวาง เสน A กับ B ตามรูป ใหหมุนแกนของตัว ตานทานปรับคาไดบนแผงวงจร ZX-POTV ชีไปที ้ ่เสน A กอน แลวกดสวิตช RESET บน SCi-BOX เพื่อกําหนดมุม เริมต ่ นเปน 0 แลวหมุนไปชีที้ เส ่ น B แลวอานคาจากจอภาพหรือทีโมดู ่ ล SLCD คาทีอ่ านไดจะเปนคามุมสัมพัทธระหวางเสน A กับ B นันเอง ่ เสน A มุมที่ตองการทราบ

เสน B

POTENTIOMETER

     SCi-B X 96  

การทดลองเพิมเติ ่ ม #2 (6) ประยุกตจากผลการทดลองทีได ่ ในกิจกรรมไปใชหาระยะทางจากผูสังเกตไปยังตึกทีทราบความสู ่ ง โดยการเล็ง มุม โดยใชความรูทางตรี  โกณมิติ

POTENTIOMETER

H ความสูงของตึก Z = มุมที่อานคาได A = ระยะหางของตัววัดมุมกับพื้นดิน D = ระยะหางของตัววัดมุมกับตึก

โดยความสัมพันธทางคณิตศาสตร คือ tan Z  H  A D

ถาทราบความสูงของตําแหนงวัดมุม A และความสูงของตึก H แลว นําคาของมุมที่อานไดมาแทนคาใน สมการ จะไดผลลัพธเปนระยะทางจากจุดสังเกตถึงตึก D  H  A tan Z

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X   97

  

 

จุดประสงค เพือทดลองคุ ่ ณลักษณะของการตอตัวเก็บประจุไฟฟาทีมี่ ความจุสูง โดยอาศัยเครืองมื ่ อตรวจวัดเพือแสดงผล ่

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรวัดคาความตานทานไฟฟา ZX-RESISTANCE 3. ตัวเก็บประจุไฟฟา 1000F 16V แบบอิเล็กทรอไลต จํานวน 1 ตัว 4. คอมพิวเตอรสําหรับแสดงผล

หลักการวัดคาตัวเก็บประจุโดยใชแหลงจายกระแสคงที่ +5V

แหลงจายกระแสคงที่ 1mA ตัวเก็บประจุ ที่ตองการวัด

แรงดันเอาตพุต <4V -

ในแผงวงจรวัดคาความตานทานไฟฟา ZX-RESISTANCE มีแหลง จายกระแสไฟฟาคงที่ 1mA ซึงเมื ่ อมี ่ อุปกรณมาตออนุกรมกับแหลง จายกระแสคงทีนี่ ้ จะทําใหเกิดแรงดันไฟฟาตกครอมอุปกรณตัวนันๆ ้ แลววงจรจะสงคาแรงดันทีตกคร ่ อมอุปกรณนันออกมา ้ ซึงถ ่ าหากนํา ตัวเก็บประจุมาตอวัดทีอิ่ นพุตของวงจร จะไดการเปลียนแปลงแรง ่ ดันเปนสัดสวนคงทีกั่ บคาความจุไฟฟาของตัวเก็บประจุนันๆ ้ และ ทุกครังที ้ วั่ ดตองคายประจุในตัวเก็บประจุกอนเสมอ

ในกิจกรรมที่ 16 และ 17 ไมไดบรรจุรวมไวในชุดซอฟตแวร SCi-BOX Activity โดยตรง หากแต สามารถนําโปรแกรมในบางกิจกรรมมาใชรวมดวยได นอกจากนั้นยังใชซอฟตแวร SCi-BOX Data logger ชวยในการแสดงผลการทํางานดวย ซึงจะมี ่ รายละเอียดแตกตางกันไปในแตละกิจกรรม

     SCi-B X 98  

ปฏิบัติการ (1) ตอสายจากแผงวงจรวัดคาความตานทานไฟฟาเขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 บน SCi-BOX (2) เปดโปรแกรม Single channel data logger (ติดตั้งมาพรอมกับ SCi-BOX Activity) กดปุม Load แลวเลือก การวัดแบบ SENSOR

(3) ตอสายปากคีบทีจุ่ ดวัด RESISTOR เพื่อทดลองวัดคาตัวเก็บประจุไฟฟา โดยใหดูขั้วใหถูกตองดวย ดังรูป

ตัวเก็บประจุที่ตองการวัด RESISTOR

คายประจุ

OUT

ขั้วบวก (4) ทําการคายประจุในตัวเก็บประจุ โดยถาคาความจุไมสูงนัก ใหลัดวงจรโดยนําปากคีบของปลายทังสองข ้ างมา สัมผัสกัน แตถาตัวเก็บประจุทีมี่ ความจุสูงๆ (เกิน 10,000F) ไมควรลัดวงจรโดยตรงเพราะจะเกิดประกายไฟได และจะทําใหตัวเก็บประจุเสือม ่ ควรหาตัวตานทานมาตอขนานเพือลดกระแสในการคายประจุ ่ แทน ตอคางไวอยาง นอยเปนเวลาประมาณ 5โดยคา 1 เทากับ 0.693 x R x C ดังนั้นคาเวลา 5จึงเทากับ 3.465 x R x C ในทีนี่ ใช ้ ตัวเก็บประจุ 1000F จึงสามารถลัดวงจรเพือคายประจุ ่ ไดโดยตรง

     SCi-B X   99

(5) จากนันตั ้ ้งตัวเลือกสําหรับโปรแกรม Single channel data logger ดังนี้ จํานวนขอมูล (Number of record) 100 ชุด ความละเอียด (Resolution) 1024 ระดับ กําหนดชวงเวลาสุมขอมูล (Sampling time) 100 มิลลิวินาที เลือกแสดงเสนกริด (Grid display) จากนันกดปุ ้ ม Connect และเลือก Run (6) หลังจากโปรแกรมเริ่มแสดงกราฟแลว ใหแยกปลายปากคีบที่ใชลัดวงจรเพื่อคายประจุของตัวเก็บประจุออก จากกัน เพือเริ ่ มต ่ นการประจุแรงดัน โดยกะจังหวะใหเริมที ่ ่เสนกริดแนวตั้งพอดี สังเกตผลทีได ่ บนกราฟ (7) เมื่อเสร็จสิ้นการแสดงผลกราฟ ใหทําการคํานวณหาคาตัวเก็บประจุโดยใชกราฟ

10 ตัวอยางในชวงเวลา 1 วินาที

จากสมการ Ic  C dv dt เมืออั ่ ตราการเปลียนแปลงกราฟเป ่ นเสนตรงมีความชันคงที่ สามารถประมาณคาไดเปน Ic  C

v t

จากเสนกริดแนวตั้ง แตละเสนจะหางกัน 10 ชุดขอมูล คือ t =10 x 100 มิลลิวินาที = 1 วินาที ทําใหเกิด การเปลียนแปลงในแนวตั ่ ้ง 2 ชอง แตละชองเทากับ 0.5V และ V เปน 1V แทนคาในสมการจะได 1mA  0. 001  C

1V 1s

ยายขางสมการเพื่อหาคา C ไดเทากับ 0.001 F หรือ 1000F

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 100  

  

  จุดประสงค เพือทดลองคุ ่ ณสมบัติของเซลลไฟฟาเคมี โดยอาศัยเครื่องมือตรวจวัดเพื่อแสดงผล

อุปกรณและเครืองมื ่ อ 1. SCi-BOX 2. แผงวงจรลดทอนแรงดัน Attenuator 3. แผนโลหะชนิดตางๆ ไดแก ทองแดง, อะลูมิเนียม, เหล็ก, สังกะสี 4. บีกเกอร ขนาด 200 มิลลิลิตร (ml.) 2 ใบ 5. แทงคนสารเคมี 6. นํากลั ้ น่ 7. โซเดียมไฮดรอกไซด 8. ชอนตักสารเคมีขนาดเล็ก 9. เครื่องคอมพิวเตอรแสดงผลหรือโมดูลแสดงผล SLCD

ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม ไมมีในชุด SCi-BOX ตองจัดหาเพิ่มเติม

ปฏิบัติการ เตรียมเครื่องมือ (1) บีกเกอรใบแรกใหใสนํากลั ้ นเอาไว ่ 100ml. (2) เตรียมสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซดในบีกเกอรใบที่ 2 จากนํากลั ้ น่ 100 ml. และเกล็ดโซเดียมไฮดรอกไซดประ มาณ 1 ชอนตักสารเคมีขนาดเล็ก คนใหละลาย (3) ขัดทําความสะอาดแผนโลหะทีใช ่ ลางดวยนํ้ากลัน่ เช็ดใหแหง (4) เตรียมเครื่องมือวัดโดยเลือกจัมเปอร ๊ บนแผงวงจรลดทอนแรงดัน Attenuator ไปทีตํ่ าแหนง 1/2 แลวตอสายไป ยังจุดตอ SENSOR0 บน SCi-BOX (5) เปดโปรแกรม SCi-BOX Activity แลวเลือกกิจกรรม AT05-Attenuator ทําการดาวนโหลดโปรแกรม (6) ในการแสดงผลเลือกไดทังจากหน ้ าจอภาพของโปรแกรม SCi-BOX ACtivity หรือใชโมดูล SLCD หากใชโมดูล SLCD ตองตอเขาทีจุ่ ดตอ P7 ของ SCi-BOX

     SCi-B X   101

การทดลอง (1) ทดลองนําแผนโลหะ 2 แผนจุมลงในบีกเกอรนํากลั ้ น่ (ใบที่ 1) ทดลองวัดแรงดัน กลับขัวไป-มา ้ และทดลอง เปลียนแผ ่ นโลหะสลับกัน ทําจนครบทุกชนิด บันทึกคาทีอ่ านไดจากตัวแสดงผล และใหสังเกตดูฟองอากาศทีผิ่ วหนา โลหะดวย

ทองแดง เหล็ก สังกะสี อะลูมิเนียม

(2) นําแผนโลหะจุมลงในบี  กเกอรในที่ 2 ทีใส ่ สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด และทําการทดลองเหมือนกับขันตอน ้ ทีผ่ านมา บันทึกผลทีเกิ ่ ดขึ้น (3) นําแผนทองแดงและแผนอะลูมิเนียมมาใสในบีกเกอรที่ 2 ทีใส ่ สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด จากนันนํ ้ าสาย ปากคีบดานไฟบวกมาหนีบทีแผ ่ นทองแดง สวนสายปากคีบดานไฟลบหนีบทีแผ ่ นอะลูมิเนียม

(4) จากนันค ้ อยๆ เทนํากลั ้ นจากบี ่ กเกอรใบที่ 1 ใสในบีกเกอรใบทีสอง ่ ระหวางทําการทดลองใหใชแทงคนสารเคมี คนตลอดเวลา ทดลองเชนนีไปเรื ้ อยๆ ่ สังเกตผลทีได ่ วามีการเปลียนแปลงหรื ่ อไม ทําไมจึงเปนเชนนัน้ ?

     SCi-B X 102  

การทดลองเพิมเติ ่ ม (5) ทดลองตอเพิ่มดังรูป โดย ใชปากคีบตอเขากับโลหะใหเชือมโยงกั ่ นระหวางบีกเกอร แลววัดเทียบตามจุดตางๆ B A

C D

ทองแดง อะลูมิเนียม

(6) เปลียนสารละลายจากโซเดี ่ ยมไฮดรอกไซดเปนคอปเปอรซัลเฟตหรือสารประกอบโลหะอืนๆ ่ แลวทดลองอีกครัง้ สังเกตผลทีได ่

INNOVATIVE EXPERIMENT

     SCi-B X   103

 

SCi-B X 

จากในบทที่ 5 ทีนํ่ าเสนอการทดลองใชงาน SCi-BOX กับซอฟตแวรในแบบสําเร็จรูปหรือเรียก วา User mode ซึงอํ ่ านวยความสะดวกอยางมากตอทังผู ้ เรี ยนและการเตรียมการทดลองวิทยาศาสตรใน แนวใหมทีใช ่ ไมโครคอนโทรลเลอรรวมดวย อยางไรก็ตาม SCi-BOX สามารถพัฒนาโปรแกรมทดลอง ไดโดยตัวผูเรียนเอง โดยใชซอฟตแวรสําหรับเขียนโปรแกรมดวยภาษาเบสิกโดยเฉพาะที่ชือ่ เบสิก แสตมปเอดิเตอร (BASIC Stamp Editor) ซึ่งนับถึงปจจุบันเปนเวอรชัน่ 2 แลว จะเรียกการใชงาน SCi-BOX ในลักษณะนี้วา การใชงานในแบบพัฒนาโปรแกรม หรือ Developer mode ในบทนี้จะกลาวถึงการใชงานโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเบื้องตน สรุปชุดคําสังภาษา ่ เบสิกของ i-Stamp อันเปนไมโครคอนโทรลเลอรหลักที่ใชในชุด SCi-BOX และตัวอยางโปรแกรม สําหรับทดลองใชงาน SCi-BOX ดวยโปรแกรมภาษาเบสิก อยางไรก็ตาม สําหรับรายละเอียดอยาง สมบูรณของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรและชุดคําสังของ ่ i-Stamp มีอยูในหนั  งสือ คุณสมบัติทาง ฮารดแวรและชุดคําสังของเบสิ ่ กแสตมป 2SX ซึงจั ่ ดพิมพโดยบริษัท อินโนเวตีฟ เอ็กเพอริเมนต จํากัด

6.1 การใชงาน SCi-BOX ในแบบพัฒนาโปรแกรมหรือ Developer mode เปนการใชงาน SCi-BOX ดวยการเขียนโปรแกรมขึนมาใหม ้ โดยจะสามารถเขียนเฉพาะโปรแกรม ภาษาพีเบสิกให Sci-BOX ทํางานดวยตัวเองเทานั้น ซึงเหมาะสํ ่ าหรับงานทีไม ่ จําเปนตองสงขอมูลมา ประมวลผลทีเครื ่ องคอมพิ ่ วเตอร หลังจากดาวนโหลดแลว ก็สามารถถอดบอรด SCi-BOX ไปใชทีอื่ นได ่ รวมถึงการสรางไฟล ออบเจก (.OBJ) เพือนํ ่ าไปใชในครังต ้ อๆไปได โดยสะดวก หรือจะเขียนโปรแกรมทังสองส ้ วน คือ เขียนโปรแกรมพีเบสิกให Sci-BOX สงขอมูลผานพอรต อนุกรมมายังเครื่องคอมพิวเตอร จากนั้นเขียนโปรแกรมสวนติดตอกับพอรตอนุกรมดวยโปรแกรม ภาษาอืน่ เชน Borland Delphi หรือ Microsoft Visual Basic โดยเพิม่ ActiveX คอนโทรล MSCOMM32 เพื่ อติดตอพอร ตร วมดวย ซึ่งเหมาะสําหรับผูที ่มีความถนัดในการเขียนโปรแกรมภาษาบนเครื่อง

     SCi-B X 104  

คอมพิวเตอรดวย ทําใหสามารถเชือมต ่ อการใชงาน Sci-BOX รวมกับ Application อืนๆ ่ ทีใช ่ งานเฉพาะ หรือประยุกตเพิมเติ ่ มจากตัวอยางโปรแกรมทีมี่ อยูแล  วได รวมถึงการสรางไฟลสังงาน ่ (.EXE) เพือทํ ่ า งาน และเรียกไฟลออบเจก (.OBJ) ในการดาวนโหลดโปรแกรมพีเบสิกใน Sci-BOX เพื่อนําไปใชงาน ไดอยางสะดวก ตามตองการ

6.2 แนะนําโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอร ในการเขียนโปรแกรมเพือควบคุ ่ มการทํางานของ i-Stamp นันใช ้ ภาษาเบสิกที่เรียกวา พีเบสิก (PBASIC) โดยผานโปรแกรมที่ชือว ่ า เบสิกแสตมปเอดิเตอร (BASIC Stamp Editor) โปรแกรมนี้ จะถูกใชในการติดตอคอมพิวเตอรกับเบสิกแสตมปผานพอรตอนุกรมรวมถึงใชในการเขียนและแกไข โปรแกรมภาษาเบสิกหรือทําหนาทีเป ่ นเอดิเตอรดวย โดยโปรแกรมจะตรวจสอบการเขียนโปรแกรม ในทุกบรรทัดวาผิดไวยกรณหรือไม และใชในการโหลดหรือเขียนโปรแกรมลงบนตัวเบสิกแสตมป เพื่อทําการรัน จึงกลาวไดวา โปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพียงตัวเดียวทํางานไดครบวงจร ทําให การเรียนรูเบสิกแสตมปงายและมีขั้นตอนนอย สําหรับโปรแกรมที่นํามาแนะนํานี้เปนเบสิกแสตมป เอดิเตอร V2.0 รองรับภาษาพีเบสิกถึงเวอรชัน่ 2.5 ซึ่งมีความสามารถสูงมาก

6.2.1 ระบบคอมพิวเตอรที่ตองการ  ใชซีพียูเพนเตียม 200MHz ขึ้นไป จอภาพสี SVGA

้ บัติการวินโดวส XP ขึ้นไป  ติดตังระบบปฏิ  หนวยความจําแรมอยางนอย 24 เมกะไบต และมีพื้นที่วางบนฮารดดิสก 10 เมกะไบต  พอรตอนุกรมวางอยางนอย 1 พอรต ในกรณีทีเครื ่ องคอมพิ ่ วเตอรไมมีพอรตอนุกรม สามารถ

ใชอุปกรณแปลงพอรต USB เปนพอรตอนุกรม (USB to Serial port converter) แทนได

6.2.2 การติดตังโปรแกรมเบสิ ้ กแสตมปเอดิเตอร 6.2.2.1 ติดตั้งโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรผานทางแผนซีดีรอม เขาไปที่ไดเร็กตอรี่ StampEditor จะพบไฟล Setup stamp editor .exe ดับเบิ้ลคลิกที่ไฟลนั้น เพือเริ ่ ่มตนติดตังโปรแกรม ้ อยางไรก็ตาม หากในเครืองคอมพิ ่ วเตอรของผูใช  งานไดมีการติดตังซอฟต ้ แวรเตรียมพรอมนี้ ไวแลว โปรแกรมจะไมติดตังซํ ้ าในกรณี ้ ทีเป ่ นเวอรชันเดี ่ ยวกันหรือตํากว ่ า ใหขามขันตอนนี ้ ไปได ้ เลย

6.2.2.2 ดาวนโหลดจาก http://www.parallax.com หลังจากดาวนโหลดไฟลติดตังมาเแล ้ ว ใหดับเบิ้ลคลิกที่ไฟลนั้นเพื่อเริ่มติดตัง้

     SCi-B X   105

6.2.3 การเตรียมโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรสําหรับติดตอกับ i-Stamp2P24 1. เปดโปรแกรมขึ้นมาใชงาน โดยไปที่ Start  Program  Parallax Inc  Stamp editor V2.5.2  BASIC Stamp editor V2.5.2 จะปรากฏหนาตางของโปรแกรมตามรูปที่ 6-1 2. ไปที่เมนู Edit  Preference จะปรากฏหนาตาง preference ขึ้น แลวเลือกหนาตาง Editor operation ไปที่กรอบ Stamp mode and ports เลือก Default Com Port ใหแสดง AUTO และที่ชอง Default Project Downlode Mode เลือกใหแสดง Modified ดังแสดงในรูปที่ 6-2 3. คลิกที่ปุม OK เพื่อกลับไปยังหนาตางเอดิเตอร ในโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอร V2 ไดอํานวยความสะดวกในการเขียนโปรแกรมเพิมขึ ่ น้ อยางมาก อาทิ การแยกคําสัง่ ตัวแปร ลาเบล ดวยสี, การปรับเปลียนขนาดของตั ่ วอักษร, การปรับเปลียน ่ สีพื้นของหนาตางแสดงผล ซึ่งผูใชงานสามารถเลือกไดตามความตองการ โดยเขาไปที่เมนู Edit  Preference  Editor Appearance ดังในรูปที่ 6-3 เลือกเบสิกแสตมป 2PE เลือกเบสิกแสตมป 2P เลือกเบสิกแสตมป 2SX เลือกเบสิกแสตมป 2E เลือกเบสิกแสตมป 2 Preference เปดหนาตางตั้งคา แบงพื้นที่เขียนโปรแกรม

เลือกตัวแปลภาษาพีเบสิก V2.5 เลือกตัวแปลภาษาพีเบสิก V2.5 ตรวจสอบไวยกรณ ดูหนวยความจํา เปดไฟลชวยเหลือ (Help) Identify รันโปรแกรม

สรางไฟลใหม เปดไฟล ปดไฟล บันทึกไฟล เปดหนาตางคนหา ไฟล (explorer) พิมพไฟลออก เครื่องพิมพ ตัดขอความ คัดลอกขอความ วางขอความ คนหา

เปดหนาตาง Debug terminal หนาตางคนหาไฟล (explorer)

พื้นที่เขียนโปรแกรม

แถบแสดงสถานะ

ตําแหนงเคอรเซอร

รูปที่ 6-1 แสดงหนาตางหลักของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรพรอมแสดงสวนประกอบตางๆ

     SCi-B X 106  

รูปที่ 6-2 หนาตาง Editor Operation สําหรับ รูปที่ 6-3 หนาตาง Editor Appearance สําหรับ กําหนดการติดตอของเบสิกแสตมป 2SX เลือกการแสดงผลของโปรแกรมเอดิเตอร

6.2.4 รายละเอียดโดยสรุปของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอร 6.2.4.1 เมนูเครื่องมือจัดการแฟมขอมูลมาตรฐานและการพิมพ ชือของเมนู ่ นี้คือ File มีการทํางานดังนี้ New Document ใชสําหรับสรางแฟมขอมูลใหม Open File ใชสําหรับเปดแฟมขอมูล นามสกุล .BSP สามารถใชคียลัดคือ Ctrl+O Save ใชสําหรับบันทึกแฟมขอมูลในชือเดิ ่ ม สามารถใชคียลัดคือ Ctrl+S Save As ใชสําหรับบันทึกขอมูล เมื่อตองการเปลี่ยนชื่อแฟมขอมูล Generate Object Code ใชสรางไฟลนามสกุล .exe ของซอรสโปรแกรมที่เขียนขึ้นเพื่อเรียก ใชงานไดทันที โดยไมตองเปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรขึนมา ้ Print ใชพิมพซอรสไฟล (แฟมขอมูลภาษาเบสิกทีเขี ่ ยนขึน) ้ คียลัดคือ Ctrl+P Close File ใชสําหรับปดแฟมขอมูล Exit ใชสําหรับออกจากโปรแกรม

     SCi-B X   107

6.2.4.2 เมนูแกไขแฟมขอมูล ชือของเมนู ่ นีคื้ อ Edit มีรายละเอียดของเครืองมื ่ อยอยในเมนู Edit ตอไปนี้ Undo

ใชยกเลิกการใชงานเครืองมื ่ อแกไขขอมูลกอนหนานี้ คียลัดคือ Ctrl+Z

Cut

ใชตัดเพื่อยายตําแหนงของขอความที่เลือก คียลัดคือ Ctrl+X

Copy

ใชคัดลอกขอความ คียลัดคือ Ctrl+C

Paste

ใชวางขอความที่ตัดหรือคัดลอกมา คียลัดคือ Ctrl+V

Select All

ใชเลือกขอความทั้งหมดในแฟมขอมูล คียลัดคือ Ctrl+A

Find/Replace

ใชคนหาและแทนที่ขอความ คียลัดคือ Ctrl+F

Find Nex

ใชคนหาขอความตอไป คียลัดคือ ปุม F3

Preference

ใชปรับเปลี่ยนแกไขพารามิเตอรตางๆ ของเบสิกแสตมปเอดิเตอร

ถึงแมวาทีหน ่ าตาง Preference จะใชปรับการทํางานของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรได แตในการใชงานจริง โปรแกรมจะปรับเปลี่ยนและเลือกคาทีเหมาะสมโดยอั ่ ตโนมัติอยูแลว

6.2.4.3 เมนูเลือกไดเร็กตีฟ (Directive) 1. Stamp : เลือกรุนของเบสิ  กแสตมป 2 ทีต่ องการทํางาน (BS2, BS2E, BS2SX, BS2P, BS2PE) หรือจะเรียกใชงานผานปุม ซึ่งมีดวยกัน 5 สีแทนรุนของเบสิกแสตมปก็ได สีเขียวใชเลือกเบสิกแสตมป 2 (BS2) สีแดงใชเลือกเบสิกแสตมป 2E (BS2E) สีนํ้าเงินใชเลือกเบสิกแสตมป 2SX (BS2SX) สีเหลืองใชเลือกเบสิกแสตมป 2P (BS2P) i-Stamp2P24 จะใชไดเร็กตีฟตัวนี้ สีนํ้าตาลใชเลือกเบสิกแสตมป 2PE (BS2PE) 2. Port : เลือกพอรตอนุกรมที่ตองการติดตอดวย 3. PBASIC : ใชเลือกตัวแปลภาษาเบสิก มีใหเลือก 2 รุนคือ PBASIC 2.0 และ PBASIC 2.5 สําหรับในหนังสือเลมนี้ จะใช PBASIC2.5 เปนหลัก

     SCi-B X 108  

6.2.4.4 เมนูแสดงการทํางาน ชือของเมนู ่ นีคื้ อ Run เปนเมนูเครืองมื ่ อที่มีบทบาทมากทีสุ่ ด มีเครื่องมือยอยทีสํ่ าคัญคือ RUN

ใชสําหรับรันโปรแกรมที่เขียนขึ้น สามารถใชคียลัดคือ Ctrl+R

Check Syntax ใชตรวจสอบไวยกรณของโปรแกรมวา มีการใชคําสังผิ ่ ดพลาดหรือไม Memory Map ใชตรวจสอบคาของหนวยความจําของเบสิกแสตมป คียลัดคือ Ctrl+M Debug

ใชติดตอเบสิกแสตมป กับคอมพิวเตอร เมื่อใชเครื่ องมือนี้หนาตาง Debug Terminal จะปรากฏขึ้น คียลัดคือ Ctrl+D

Identify

ใชคนหาเบสิกแสตมปที่ตอกับพอรตอนุกรม คียลัดคือ Ctrl+I

ที่เมนูเครื่องมือนี้จะมีเพียง Memory Map และ Debug เทานั้นที่เมือเรี ่ ยกใชงานแลวจะปรากฏ หนาตางแสดงการทํางานขึนมาใหม ้ นอกนันจะแสดงการทํ ้ างานผานบารแสดงสถานะ (status bar) ซึง่ อยู ดานลางของหนาตางหลักของโปรแกรม นอกเหนือไปจากนั้นเครื่องมือทั้งหมดในเมนูนี้ยกเวน Check Syntax จะสามารถใชงานไดก็ตอเมื่อเบสิกแสตมปเชื่อมตอเขากับคอมพิวเตอรและสามารถ ติดตอสือสารกั ่ นได

6.3 การใชงาน SCi-BOX กับโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเบื้องตน สรุปเปนขันตอนได ้ ดังนี้ 6.3.1 นํา i-Stamp2P24 ติดตังลงบนซ็ ้ อกเก็ต 24 ขาบนแผงวงจร SCi-BOX

     SCi-B X   109

6.3.2 ตอสายเชือมต ่ อระหวางพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอรกับแผงวงจร SCi-BOX ตอไปยังพอรตอนุกรม ของคอมพิวเตอร คอนเน็กเตอร DB-9 ตัวเมีย 6 7 8

สายเชือ่ มตอ พอรตอนุกรม ดานตัวเมีย

1 2 3 4

สายเชือ่ มตอ พอรตอนุกรม ดานตัวผู

สายมัลติคอร 9 เสน

RS-232 DOWNLOAD

1 2 3 4

DC INPUT RESET

i-Stamp2P24 BASIC Stamp OFF

in Science Experiment

SCi-BOX

6 7 8

คอนเน็กเตอร DB-9 ตัวผู

6.3.3 จายไฟใหแกบอรด SCi-BOX แลวเปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอร V2.5 6.3.4 ตรวจสอบวา โปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรสามารถติดตอกับ i-Stamp ไดหรือไม โดย กดคีย Ctrl I หรือใชเมาสคลิ้กปุม Identify หรือเขาไปที่เมนู Run เลือก Identify ถาทุกอยางถูกตอง จะปรากฏหนาตางแสดงการติดตอดังในรูป จะเห็นวาในชอง COM1 จะปรากฏชื่อ BASIC Stamp 2p40 V1.6 เปนการแจงใหทราบวา โปรแกรมสามารถติดตอกับ เบสิกแสตมป 2P อินเตอรพรีตเตอรไดแลว

     SCi-B X 110  

6.3.5 ทดลองเขียนโปรแกรมงายๆ ตามขั้นตอนดังนี้ 6.3.5.1 เลือกไดเร็กตีฟหรือชนิดของเบสิกแสตมปทีต่ องการใชงาน ไปทีเมนู ่ Directive เลือก Stamp  BS2P จะปรากฏขอความ ‘{$STAMP BS2P} ขึ้นบนบรรทัดแรก กด Enter

6.3.5.2 ยั งอยู ที่เมนู Directive เลือกเวอรชั่นของโปรแกรมเอดิเตอร PBASIC  Version2.5 จะปรากฏขอความ ‘{$PBASIC 2.5} ขึ้นบนบรรทัดที่สอง กด Enter

6.3.5.3 ยังอยูทีเมนู ่ Directive เลือกพอรตอนุกรม โดยเลือก Port  Com1 (หรือ Com อื่นๆ ตามที่ตอไวจริง) จะปรากฏขอความ ‘{$PORT COM1} บนบรรทัดที่สาม กด Enter

     SCi-B X   111

6.3.5.4 พิมพคําสัง่ debug “welcome” เปนการสังให ่ i-Stamp2P24 สงขอความ welcome ไปแสดงยังหนาตาง Debug Terminal ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอร แลวกด Enter 6.3.5.5 กดปุม Run จะปรากฏหนาตางตรวจสอบการเชื่อมตอเบสิกแสตมป และ ปรากฏหนาตาง Debug Terminal แสดงขอความ welcome ดังในรูป

6.3.5.6 กดสวิตช RESET บนบอรด SCi-BOX โปรแกรมจะแสดงขอความเดิมบนหนา ตาง Debug Terminal ซําอี ้ ก เนื่องจากการกดสวิตช RESET เปนการสั่งใหเริ่มทํางานใหมอีกครั้ง 6.3.5.7 ถาปรากฏขอความ No BASIC Stamps found ตามรูป แสดงวา การเชือมต ่ อ ระหวางคอมพิวเตอรกับ i-Stamp2P24 ลมเหลว ซึ่งอาจเกิดจากสายเชือมต ่ อ CX-232 ขาดหรือตอไม ถูกตอง ใหทําการตรวจสอบสายเชือมต ่ อ CX-232 โดยมีไดอะแกรมการตอสาย CX-232 แสดงในหัว ขอ 6.3.2

6.3.6 หากเขียนโปรแกรมทดลองเรียบรอยแลว ตองการเก็บในรูปแฟมขอมูล สิงที ่ ต่ องกระทํา คือ ให บันทึกแฟมขอมูลโดยกําหนดใหมีนามสกุล .bsx เสมอ เนื่องจากเบสิกแสตมป 2SX อินเตอร พรีตเตอรจะทําการแปลโปรแกรมนามสกุล .bsx เทานั้น

     SCi-B X 112  

6.4 สรุปคําสังของ ่ i-Stamp2P24 หรือไมโครคอนโทรลเลอรเบสิกแสตมป 2P กลุม คําสัง่ จัดการขอมูล ชื่อคําสั่ง รายละเอียด CON ใชกําหนดคาคงที่ใหแกตัวแปร DATA DEBUG GET PUT RANDOM READ

เก็บขอมูลลงในหนวยความจําอีอพี รอมกอนการดาวนโหลด โปรแกรมพีเบสิกลงในเบสิกแสตมป 2SX และ i-Stamp แสดงคาของตัว แปรผานทางคอมพิว เตอร อานขอมูลจากหนวยความจําสแครตชแ พดในเบสิกแสตมป 2SX เก็บขอมูลลงในหนวยความจําสแครตชแพดในเบสิกแสตมป 2SX สุ มขอมูลตัว เลข อานขอมูลระดับไบตจากหนวยความจํา อีอีพรอม มาเก็บไวในตัวแปร

ใชกําหนดตัวแปร WRITE เขี ยนข อมูล ระดับไบตไปเก็บไวในหนว ยความจําอีอีพรอม กลุม คําสัง่ ควบคุมลําดับการทํางาน (flow control command) ชื่อคําสั่ง รายละเอียด BRANCH กระโดดไปยังตําแหนงที่กําหนดตามคาตัวแปร

FOR...NEXT GOTO GOSUB IF...THEN NAP PAUSE POLLRUN

ทํา งานในโหมดสลีปจนกวาจะมีการรีเซตเบสิกแสตมป 2SX ส งผลใหการใชพลั งงานลดลงเหลือ 50 ไมโครแอมป (A) กํา หนดจนวนรอบที่ตองการวนลูปหรือทํางานซ้ํา กระโดดไปยังแอดเดรสใดๆ กระโดดไปยังโปรแกรมยอย เปรียบเทียบเงือ่ นไขกอนการกระโดด หยุด ทํางานในชวงเวลาสั้นๆ ทําใหการใชพลังงานลดลง หนว งเวลา 0-65,536 วินาที

รับขอมูลอนุกรมเขา มีรปู แบบขอมูลแบบ N-8-1 หรือ E-7-1 กลุม คําสัง่ ตารางขอมูล ชื่อคําสัง่ รายละเอียด LOOKDOWN คนหาตัว เลขที่เหมือนกัน แลวเก็บ คา ไวในตัวแปร LOOKUP เปดตารางข อมูล กลุม คําสัง่ ประมวลผลทางคณิตศาสตร

กระโดดไปรันโปรแกรมในเพจที่กําหนดเมื่อเกิดอินเตอรรปั ต แบบวนรอ

กระโดดออกจากโปรแกรมยอย RUN รันโปรแกรมที่ตอ งการ เลือกได 8 โปรแกรม SLEEP ทํา งานในโหมดประหยัดพลังงาน STOP หยุด การทํา งาน กลุม คําสัง่ จัดการสัญญาณดิจิตอล RETURN

ชื่อคําสั่ง BUTTON COUNT HIGH INPUT IOTERM LOW MAINIO OUTPUT POLLIN POLLOUT POLLMODE PULSIN PULSOUT REVERSE TOGGLE XOUT

RCTIME วัดคา เวลาการประจุ/คายประจุของวงจร RC กลุม คําสัง่ จัดการขอมูลอนุกรม ชื่อคําสัง่ รายละเอียด I2CIN รับขอมูลอนุกรมเขา มีรปู แบบขอมูลแบบ N-8-1 หรือ E-7-1 I2COUT รับขอมูลอนุกรมเขา มีรปู แบบขอมูลแบบ N-8-1 หรือ E-7-1 SERIN รับขอมูลอนุกรมเขา มีรปู แบบขอมูลแบบ N-8-1 หรือ E-7-1

สงขอมูลอนุกรมออกในรูปแบบ N-8-1 หรือ E-7-1 ทางขา SOUT เลื่อนขอมูลเขาแบบอนุกรม SHIFTOUT เลื่อนขอมูลออกแบบอนุกรม กลุม คําสัง่ จัดการอินพุตเอาตพุตแบบขนาน ชื่อคําสัง่ รายละเอียด LCDCMD รับขอมูลอนุกรมเขา มีรปู แบบขอมูลแบบ N-8-1 หรือ E-7-1 LCDIN รับขอมูลอนุกรมเขา มีรปู แบบขอมูลแบบ N-8-1 หรือ E-7-1

VAR

END

กลุม คําสัง่ จัดการสัญญาณอะนาลอก ชื่อคําสัง่ รายละเอียด DTMFOUT กําเนิดสัญญาณ DTMF หรือสัญญาณปุมโทรศัพท FREQOUT กําเนิดสัญญาณไซน 1 หรือ 2 ความถี่ ตั้งแต 0-82.917kHz PWM สรางสัญญาณ PWM ขนาด 8 บิตออกไปทางขาพอรต

รายละเอียด รายละเอียด ตรวจสอบการรับคาหรือการกดสวิตช

SEROUT

SHIFTIN

LCDOUT

ชื่อคําสัง่ + * ** /

COS

คําสั่งการหาร โดยสงคาเศษที่เหลื อจากการหารกลับมา คําสั่งคูณ เลขทศนิยม เลื่อนขอมูลไปทางขวา 1 บิต มีคา เทา กับหารดว ย 2 เลื่อนขอมูลไปทางซาย 1 บิต มีคาเทากับคูณดว ย 2 ประมวลผลเฉพาะขอมูล ตัวเลขแบบไมคิดเครื่องหมาย คํานวณคาโคไซน (COSINE) ทางตรีโกณมิติ

// */

นับจํานวนไซเกิลหรือรอบของสัญญาณอินพุต ในยานความถี่ 0-312.5kHz

ทํา ใหข าเอาตพุตเปนลอจิกสู งหรือ "1" กํา หนดใหทํางานเปนอินพุต

ABS

เลื อกกลุมขาพอรตที่ตองการใหทํางาน ทํา ใหข าเอาตพุตเปนลอจิกต่ําหรือ "0" เลื อกขาพอรตหลัก P0 ถึง P15 ใหทํางาน กํา หนดใหทํางานเปนเอาตพุต ตรวจจับการเกิดอินเตอรรปั ตแบบวนรอ กํา หนดใหขาพอรตเปนเอาตพุตเมื่อเกิด อินเตอรรปั ตแ บบวนรอขึ้น เลื อกโหมดของการอินเตอรรปั ตแบบวนรอ วั ดสัญญาณพัล สอินพุต ความละเอียด 0.8 ไมโครวินาที (s) ส งสั ญญาณพัลสออก ความละเอียด 0.8 ไมโครวินาที (s) เปลี่ยนขาอินพุตเปนเอาตพุตหรือจากเอาตพุตเปนอินพุต ทํา ใหข าเอาตพุตกลับลอจิก กํา เนิดรหัส ควบคุมสําหรับอุปกรณตอพว งอนุกรม X-10

กลุม คําสัง่ จัดการดานเวลา ชื่อคําสั่ง รายละเอียด PAUSE หนว งเวลา 0 ถึง 65,536 มิลลิวิ นาที POLLWAIT กํา หนดคาหนวงเวลาของการอินเตอรรป ั ตแ บบวนรอ

รายละเอียด คําสั่งการบวก คําสั่งการลบ คําสั่งการคูณ โดยส งคาผลลัพธเวิรด ดานต่ํา (16 บิตลาง) กลับมา คําสั่งการคูณ โดยส งคาผลลัพธเวิรด ดานสูง (16 บิตบน) กลับมา คําสั่งการหาร โดยสงคาผลหารจํานวนเต็มที่ไดกลับมา

DIG

เรียกคาของขอมูลจากหลักที่กําหนด ในรูปของเลขฐานสิ บ

MAX

เก็บคาตัวแปรทีม่ ีคานอยกวาหรือเทากับขอมูลทีก่ ําหนดหลังคําสั่งนี้

MIN

เก็บคาตัวแปรทีม่ ีคามากกวาหรือเทากับขอมูลที่กําหนดหลังคําสั่งนี้

คํานวณคาไซน (SINE) ทางตรีโกณมิติ SQR ถอดรากที่สอง กลุม คําสัง่ ประมวลผลทางลอจิก SIN

ชื่อคําสัง่

NCD

รายละเอียด แอนด (AND) ทางลอจิก ออร (OR) ทางลอจิก เอ็กคลูซี ฟ-ออร (XOR) ทางลอจิก เลือกเซตบิตที่ตอ งการของขอมูลขนาด 16 บิต แสดงบิตนัยสํา คัญของขอมูลขนาด 16 บิต

REV

สลั บบิตขอมูล

& | ^ DCD

     SCi-B X   113

  

  

เปนตัวอยางการรับคาจากการกดสวิตชบนแผงวงจรสวิตชทีต่ ออยูกั บพอรต P0 ของ SCi-BOX แลวไมโคร คอนโทรลเลอรจะทําการขับสัญญาณเสียงออกทางลําโพงเปยโซบนบอรด SCi-BOX

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรสวิตช ZX-SWITCH ทีจุ่ ดตอ LOW กับ SCi-BOX เขาทีจุ่ ดตอ P0

HEAT SINK POWER DC. IN 6-16V

อยาสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

SENSOR5

RESET

HIGH

SENSOR6

i-Stamp2P24

ADC Co-processor

SCi-BOX BASIC Stamp in Science Experiment

P13 : A/D

SENSOR4

ADC Co-processor

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

P2 P1

MOTOR

SENSOR1 SENSOR0

Stepper motor Co-processor

SENSOR2

RELAY

P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

SENSOR7

SERIAL PORT

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

Don't Touch !! High temperature

LOW

     SCi-B X 114  

(2) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '*************************************************** ' File : ACT18.BSP ' Purpose : Sound generation by switch ' Hardware : Connect SWITCH as actived “LOW” at P0 '*************************************************** ' Custom I/O ON this application SWITCH VAR IN0 ' Connect switch here! SOUND CON 12 ' On-board speaker ' Variable defined FREQ VAR Word

' Channel select

LOOP1: IF SWITCH=1 THEN LOOP1 FOR FREQ=600 TO 1000 STEP 100 FREQOUT SOUND,250,FREQ NEXT GOTO LOOP1

' ' ' '

Wait switch pressed Sweep 2.26kHz to 3.77kHz Send frequency out Do loop

' Do again

(3) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (4) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรมทดสอบการทํางาน

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X   115

  



เปนตัวอยางการรับคาจากการกดสวิตชบนแผงวงจรสวิตชทีต่ ออยูกั บพอรต P0 ของ SCi-BOX เพือเลื ่ อกให ไมโครคอนโทรลเลอรขับรีเลยแบบกลไกใหทํางาน โดยการทํางานจะไลเรียงเปนลําดับตามการกดสวิตช โดยเริมจาก ่ เมื่อกดสวิตชครั้งที่ 1 รีเลยตัวที1่ ซึงต ่ ออยูกั บขาพอรต P8 จะทํางาน สังเกตไดจาก LED และเสียงการตัดตอหนา สัมผัสของรีเลย เมื่อกดสวิตชครั้งที่ 2 รีเลยตัวที่ 2 ซึงต ่ อกับ P9 จะทํางาน ไลไปตามลําดับเชนนี้จนถึงรีเลยตัวที่ 4 ซึงต ่ อกับขาพอรต P11 จากนั้นจะวนกลับมาทีรี่ เลยตัวที่ 1 อีกครั้ง ทํางานวนเชนนีตามการกดสวิ ้ ตช

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรสวิตชทีจุ่ ดตอ LOW กับ SCi-BOX เขาทีจุ่ ดตอ P0

HEAT SINK POWER DC. IN 6-16V

อยาสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

Co-processor

BASIC Stamp in Science Experiment

HIGH

SENSOR5

RESET P5

SENSOR6

i-Stamp2P24

ADC

SCi-BOX

P13 : A/D

SENSOR4

ADC Co-processor

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

P2 P1

SENSOR1 SENSOR0

MOTOR P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

 

SENSOR2

RELAY Stepper motor Co-processor

SENSOR7

SERIAL PORT

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

Don't Touch !! High temperature

LOW

     SCi-B X 116  

(2) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '****************************************************** ' File : ACT19.BSP ' Purpose : Relay selector ' Hardware : Jumper at RELAY position ' Connect SWITCH as actived “LOW” at P0 '****************************************************** SWITCH CON 0 ' Connect switch here! CH VAR Byte ' Channel select SW_VAR VAR Byte ' Switch variable PAUSE 1000 DIRC=%1111

' Delay 1s. for pheripheral initialize ' Force P8-P11 as output

LOOP1: BUTTON SWITCH,0,255,0,SW_VAR,0,LOOP1 ' Get switch,one times CH=(CH+1)//5 ' Gotot next step (0-5) LOOKUP CH,[%0000,%0001,%0010,%0100,%1000],OUTC ' Get step output to relays PAUSE 100 ' Delay 100ms. GOTO LOOP1 ' Do again

(3) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (4) เลือกจัมเปอร ๊ RELAY/MOTOR บนบอรด SCi-BOX ไปที่ตําแหนง RELAY (5) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรม

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X   117

  

   

เปนตัวอยางการรับสัญญาณไฟฟาจากแผงวงจรตรวจจับที่ปอนเขามายัง SCi-BOX ผานทางจุดตอ SENSOR0 ถึง SENSOR7 แลวนําไปแสดงผลทีบนคอมพิ ่ วเตอรผานหนาตาง Debug Terminal ของโปรแกรมเบสิก แสตมปเอดิเตอร สัญญาณทีได ่ จากแผงวงจรตรวจจับในกลุมสั  ญญาณอะนาลอก (กลุม A) ทีใช ่ นันให ้ เอาตพุตเปน แรงดันไฟตรง มีคาไมเกิน 5V

หลักการ การรับสัญญาณอเะนาลอกของ SCi-BOX จะใชไอซีแปลงสัญญาณอะนาลอกเปนดิจิตอล 2 ตัวทํางานรวม กัน (ดูรูปวงจรของ SCi-BOX ประกอบ) โดยแตละตัวสามารถรับสัญญาณได 4 ชอง ดังนั้น SCi-BOX จึงสามารถรับ สัญญาณอะนาลอกไดรวม 8 ชอง แตละชองมีความละเอียดในการแปลงสัญญาณ 10 บิต และการติดตอระหวาง ไอซีแปลงสัญญาณนีกั้ บไมโครคอนโทรลเลอรใชการติดตอแบบอนุกรม โดยใชสายสัญญาณเพียงเสนเดียว รูปแบบของการเขียนโปรแกรมติดตอตองเริมจากการสร ่ างสัญญาณ Break เพือแจ ่ งใหไอซีแปลงสัญญาณ ทราบวาตองการติดตอเพืออ ่ านคาแลว โดยเขียนเปนโปรแกรมไดดังนี้ LOW

SD : PAUSE 1 : HIGH SD

‘ Break signal

ตอจากนันทํ ้ าการสงคําสังเพื ่ อร ่ องขอขอมูลจากไอซีแปลงสัญญาณ สามารถเขียนเปนโปรแกรมไดดังนี้ SEROUT SD,BAUD,[0]

‘ Request SENSOR0

ตัวเลข [0] ในโปรแกรมขางตนเปนการเลือกชองอินพุตอะนาลอก SENSOR0 ถึง SENSOR7 ทีต่ องการ อานคา ดังนั้นตัวเลขนีจึ้ งเลือกไดตั้งแต 0 ถึง 7 สุดทายรอรับขอมูลจากไอซีแปลงสัญญาณ โดยขอมูลทีกลั ่ บมามีขนาด 10 บิต จึงตองใชตัวแปรขนาด 16 บิตหรือกําหนดเปนเวิรด (WORD) ในการรับขอมูล ขอมูลทีส่ งกลับมาจากไอซีแปลงสัญญาณจะเริมจากไบต ่ ตํา่ (low byte) กอน แลวตามดวยขอมูลไบตสูง (high byte) ซึงใช ่ เพียง 2 บิตตํ่าของขอมูลไบตสูงเทานัน้ SERIN

SD,BAUD,[VALUE.LowByte,VALUE.HighByte] ‘ Received data 2 byte to 1 word

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนหมุน ZX-POTV ทีจุ่ ดตอ SCi-BOX ทีจุ่ ดตอ SENSOR0

กับ

     SCi-B X 118  

   

 

HEAT SINK POWER

SENSOR6

Co-processor

SENSOR5

P13 : A/D

i-Stamp2P24

ADC #1

SCi-BOX BASIC Stamp in Science Experiment

RESET

SENSOR4

ADC Co-processor

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

P2 P1

SENSOR1 SENSOR0

MOTOR P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

SENSOR2

RELAY Stepper motor Co-processor

SENSOR7

อยาสั มผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

SERIAL PORT

DC. IN 6-16V

ZX-POTV

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

Don't Touch !! High temperature

(2) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '************************************************ ' File : ACT20.BSP ' Purpose : Show voltage value ON DEBUG terminal ' Hardware : Connect POTENTIOMETER at SENSOR0 '************************************************ ' System I/O AND constant , please DO NOT make change SD CON 13 ' Sci-BOX serial communication port BAUD CON 240 ' 9600bps constant ' Variable defined VALUE VAR Word RESULT VAR Word

' VALUE as SENSOR0 variable ' RESULT for calculation purpose

PAUSE 1000 ' Delay 1s. for pheripheral initialize LOOP1 : LOW SD : PAUSE 1 : HIGH SD ' Break signal SEROUT SD,BAUD,[0] ' Request SENSOR0 SERIN SD,BAUD,[VALUE.LOWBYTE,VALUE.HIGHBYTE] ' Received data 2 bytes to 1 Word DEBUG HOME,"READ DATA = ",DEC4 VALUE," is "

     SCi-B X   119

' Convert 0-1023 data to 000-499 or 1024 steps to 500 steps ' Equation : (Value * 62.5)/128 RESULT=(VALUE*/((62*$100)+$80))/128 ' Represent data in 2 decimal points format [X.XX volts] DEBUG DEC1 RESULT DIG 2,".",DEC1 RESULT DIG 1,DEC1 RESULT DIG 0," volt" PAUSE 100

' Delay 100ms.

GOTO LOOP1

' Do again

(4) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (5) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรมทดสอบการทํางาน (6) จะปรากฏหนาตาง Debug Terminal ขึ้น ใหทดลองหมุนแกนของตัวตานทานปรับคาไดบนแผงวงจร ZX-POTV ทีต่ ออยูกั บ SENSOR0 สังเกตการแสดงคาของหนาตาง Debug Terminaal จะพบวาคาทีแสดงจะมี ่ ดวยกัน 2 แบบคือ แบบแรกเปนขอมูลดิบที่อานไดจากไอซีแปลงสัญญาณ เปน ขอมูลดิจิตอล สวนแบบทีสองเป ่ นขอมูลแรงดันที่ไดจากการคํานวณขอมูลดิบในแบบแรก เพื่อใหเปนคาแรงดันที่ สามารถเขาใจไดงายขึน้ ดังนันจึ ้ งอาจกลาวไดวา โปรแกรมทดลองตัวอยางนีคื้ อ การสรางโวลตมิเตอรทีแสดง ่ ผลผานคอมพิวเตอรอยางงาย

   

   

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 120  

  

 

เปนตัวอยางการรับคาจากการตัวตานทานปรับคาไดแบบโปเทนชิโอมิเตอร ZX-POTV ทีต่ ออยูกั บพอรต SENSOR0 และ SENSOR1 ของ SCi-BOX เพือควบคุ ่ มการหมุนของมอเตอร A และ B ตามลําดับ โดยเมือหมุ ่ นตัว ตานทานไปทางซาย มอเตอรก็จะหมุนซายตาม และจะหมุนในทิศทางตรงขาม เมือหมุ ่ นแกนของตัวตานทานใหไป ทางขวา การควบคุมมอเตอรไฟตรงบน SCi-BOX จะใชพอรต P8 และ P9 สําหรับควบคุมการทํางานของมอเตอร A สวนมอเตอร B จะควบคุมโดย P10 และ P11 โดยมีการทํางานดังนี้ มอเตอร A P8 P9 0 1 1 0 0 0 1 1

การทํางานของมอเตอร หมุนกลับทาง หมุนตามทิศ แกนอิสระ บังคับแกน

มอเตอร B P10 P11 0 1 1 0 0 0 1 1

การทํางานของมอเตอร หมุนกลับทาง หมุนตามทิศ แกนอิสระ บังคับแกน

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบแกนหมุน ZX-POTV ทังสองตั ้ วทีจุ่ ด ตอ กับ SCi-BOX เขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 และ SENSOR1 (2) ตอมอเตอรไฟตรงเขาทีจุ่ ดตอมอเตอร A

     SCi-B X   121

ZX-POTV

HEAT SINK POWER

SENSOR7

SCi-BOX

SENSOR6

i-Stamp2P24

ADC Co-processor

BASIC Stamp in Science Experiment

SENSOR5

RESET

P13 : A/D

SENSOR4

ADC Co-processor

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

MOTOR P14, P15 : STEPPER MOTOR RELAY 12V 5A

CONTROL

 

SENSOR1 SENSOR0

Stepper motor Co-processor

SENSOR2

RELAY

อยาสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

SERIAL PORT

DC. IN 6-16V

ZX-POTV

Don't Touch !! High temperature

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

DC MOTOR 6-12V

 ZX-POTV

   

 ZX-POTV

   

     SCi-B X 122  

(3) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '************************************************************************ ' File : ACT21.BSP ' Purpose : Running DC motor A and B ' Hardware : Jumper at MOTOR position ' Connect POTENTIOMETER (V) #1 at SENSOR0 (motor A control) ' Connect POTENTIOMETER (V) #2 at SENSOR1 (motor B control) '************************************************************************ ' System I/O and constant , please do not make change SD CON 13 ' Sci-BOX serial communication port BAUD CON 240 ' 9600bps constant ' Variable defined VALUE VAR Word ' VALUE as SENSOR variable SENSOR VAR Word(2) ' SENSOR, 2 Word array CH VAR Byte ' Channel select PAUSE 1000 ' Delay 1s. for pheripheral initialize LOOP1: FOR CH=0 TO 1 GOSUB Get_SENSOR : SENSOR(CH)=VALUE ' Get SENSOR0 and SENSOR1 DEBUG DEC SENSOR(CH)," " ' View data on debug NEXT DEBUG CR ' Carriage return Check_A: IF SENSOR(0)>=512 THEN A_Forward ' Rules for decision LOW 8 : HIGH 9 : GOTO Check_B ' Backward if less than 512 A_Forward: HIGH 8 : LOW 9 ' Forward if others Check_B: IF SENSOR(1)>=512 THEN B_Forward LOW 10 : HIGH 11 : GOTO OK B_Forward: HIGH 10 : LOW 11 OK: GOTO LOOP1 ' Do again '***************************** ' Get sensor value subroutine '***************************** Get_SENSOR: LOW SD : PAUSE 1 : HIGH SD ' Break signal SEROUT SD,BAUD,[CH] ' Request SENSOR0 SERIN SD,BAUD,[VALUE.LOWBYTE,VALUE.HIGHBYTE] ' Received data 2 bytes to 1 word RETURN ' Return to main

(4) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (5) เลือกจัมเปอร ๊ RELAY/MOTOR บนบอรด SCi-BOX ไปทีตํ่ าแหนง MOTOR (6) รันโปรแกรม สังเกตการทํางานของมอเตอร A หากมอเตอรหมุนตามทิศจะเปนสีเขียว ถากลับทิศจะเปนสีแดง (7) จากนั้นยายมอเตอรมาตอที่ MOTOR B แลวลองปรับตัวตานทานทีต่ อกับจุดตอ SENSOR1 สังเกตการทํางาน

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X   123

  

    

เปนตัวอยางการรับสัญญาณไฟฟาจากแผงวงจรตรวจจับที่ปอนเขามายัง SCi-BOX ผานทางพอรต SENSOR0 ถึง SENSOR7 แลวนําไปกําหนดหรือปรับความเร็วและทิศทางในการหมุนของมอเตอรไฟตรง จะคลาย กับตัวอยางที่ 3 แตในตัวอยางนีจะเพิ ้ มการปรั ่ บความเร็วเขาไปดวย

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบโปเทนชิโอมิเตอรตัวตั้งทั้งสองตัวกับ SCi-BOX เขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 และ SENSOR1 (2) ตอมอเตอรไฟตรงเขาทีจุ่ ดตอมอเตอร A

ZX-POTV

HEAT SINK POWER

SENSOR5

RESET

BASIC Stamp in Science Experiment

SENSOR6

i-Stamp2P24

ADC Co-processor

SCi-BOX

P13 : A/D

SENSOR4

ADC Co-processor

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

 

SENSOR1 SENSOR0

MOTOR P14, P15 : STEPPER MOTOR

SENSOR2

RELAY

CONTROL

SENSOR7

อยาสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

SERIAL PORT

DC. IN 6-16V

ZX-POTV

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

DC MOTOR 6-12V

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

Don't Touch !! High temperature

Stepper motor Co-processor

     SCi-B X 124  

' VALUE as SENSOR variable ' SENSOR, 2 words array ' Channel select

PAUSE 1000 LOW 8: LOW 9

' Delay 1s. for peripheral initialize ' Force P8-P9 to low (stop)

LOOP1 : FOR CH=0 TO 1 GOSUB Get_SENSOR : SENSOR(CH)=VALUE NEXT IF SENSOR(1)>=512 THEN A_Forward PWM 9,SENSOR(0)/4,100 : GOTO OK A_Forward : PWM 8,SENSOR(0)/4,100 OK: GOTO LOOP1

' Get SENSOR0 and SENSOR1

' Rules for decision ' Backward if less than 512 ' PWM P9, backward speed control ' Forward if others ' PWM P9,backward speed control ' Do again

' GET sensor value subroutine '***************************** Get_SENSOR: LOW SD : PAUSE 1 : HIGH SD ' Break signal SEROUT SD,BAUD,[CH] ' Request SENSOR0 SERIN SD,BAUD,[VALUE.LOWBYTE,VALUE.HIGHBYTE] ' Received data 2 bytes to 1 word RETURN ' Return to main

     SCi-B X   125

(4) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (5) เลือกจัมเปอร ๊ DRIVER บนบอรด SCi-BOX ไปทีตํ่ าแหนง MOTOR (6) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรมทดสอบการทํางาน (7) หมุนแกนของตัวตานทานปรับคาไดบนแผงวงจร ZX-POTV ทีต่ อกับ SENSOR0 สังเกตการทํางานของมอเตอร A จะพบวามอเตอรมีการเปลียนแปลงความเร็ ่ วตามการหมุนแกนปรับคาของตัวตานทานปรับคาได

 SENSOR0

ZX-POTV

 



 



(8) จากนันทดลองหมุ ้ นแกนของตัวตานทานบนแผงวงจร ZX-POTV ทีต่ อกับพอรต SENSOR1 สังเกตการทํางาน ของมอเตอร A และไฟแสดงการทํางาน มอเตอรจะมีการเปลียนทิ ่ ศทางตามการหมุนแกนของตัวตานทานปรับคาได โดยทีความเร็ ่ วไมเปลียนแปลง ่ สังเกตทิศทางการหมุนไดจากไฟแสดงสถานะ หากมอเตอรหมุนตามทิศจะเปนสีเขียว ถากลับทิศจะเปนสีแดง

 SENSOR1

ZX-POTV

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 126  

  

 

เปนตัวอยางการรับคาจากการตัวตานทานปรับคาไดแบบโปเทนชิโอมิเตอรทีต่ อกับจุดตอ SENSOR0 และ SENSOR1 ของ SCi-BOX เพือควบคุ ่ มการหมุนของสเต็ปเปอรมอเตอร #1 และ #2 โดยเมือหมุ ่ นตัวตานทานไปทาง ซาย มอเตอรก็จะหมุนซายตาม และจะหมุนในทิศทางตรงขาม เมือหมุ ่ นแกนของตัวตานทานใหไปทางขวา การควบคุมสเต็ปเปอรมอเตอรบน SCi-BOX นัน้ หัวใจหลักคือ ไมโครคอนโทรลเลอรรวมสําหรับควบคุม วงจรขับสเต็ปเปอรมอเตอร (Stepper motor Co-processor) ทําหนาทีรั่ บขอมูลในลักษณะอนุกรมมาจากขาพอรต ของไมโครคอนโทรลเลอรทีเชื ่ อมต ่ อดวย ซึงในที ่ นี่ คื้ อ i-Stamp2P24 โดยขอมูลคําสั่งจาก i-Stamp2P24 จะสงผาน ขา P14 จะเรียกขานีว้ า SERIN ไปยังสเต็ปเปอรมอเตอรโคโปรเซสเซอร จากนันสเต็ ้ ปเปอรมอเตอรโคโปรเซสเซอร จะทําการประมวลผลขอมูลทีส่ งมา แลวสงสัญญาณไปขับสเต็ปเปอรมอเตอรใหหมุนตามทีกํ่ าหนด ในขณะทีสเต็ ่ ปเปอรมอเตอรโคโปรเซสเซอรทํางานอยู จะสงสัญญาณกลับไปยัง i-Stamp2P24 ผานทางขา พอรต P15 เพือแจ ่ งใหทราบวา ยังคงทําการขับมอเตอรอยู ไมสามารถรับขอมูลใหมได จะเรียกขาสัญญาณนีว้ า BUSY สวนการรีเซตสามารถทําไดโดยสงสัญญาณมาทีจุ่ ด RST

การรับขอมูล การรับขอมูลอนุกรมเพือขั ่ บสเต็ปเปอรมอเตอรจะใชบอดเรตหรืออัตราเร็วในการถายทอดขอมูล 9600 บิตตอ วินาที จํานวนบิตของขอมูลเทากับ 8 บิต และไมมีบิตตรวจสอบขอมูล ทุกครั้งที่มีการสงขอมูลมายังบอรด จะมี สัญญาณ BUSY ตอบรับเปนลอจิก “0” เพือแจ ่ งใหทราบวากําลังกระทําคําสังอยู ่  และเมือเสร็ ่ จสิน้ สัญญาณ BUSY จะถูกเซตเปนลอจิก “1” โดยอัตโนมัติ เพือกระทํ ่ าคําสังต ่ อไป โดยสเต็ปเปอรมอเตอรโคโปรเซสเซอรมีหนวยความจํา บัฟเฟอรสําหรับเก็บคาคําสั่งตอเนื่องไดรวม 28 ไบต แบบ FIFO ขอมูลทีรั่ บแบงเปน 2 กลุมคื  อ จํานวนสเต็ปทีต่ องการขับ และ กลุมคํ  าสังควบคุ ่ มการขับมอเตอร (1) จํานวนสเต็ปทีต่ องการขับมอเตอร มีขนาด 2 ไบต โดย ขอมูลไบตแรกเปนคาของสเต็ปเปอรมอเตอรที่ 1 ขอมูลไบตทีสองเป ่ นของสเต็ปเปอรมอเตอรที่ 2 มีคาตั้งแต 1 ถึง 127 และ –1 ถึง –127 (ยกเวน 128 เพราะใชทํางานเปนกลุมคําสั่งควบคุม) โดยคานีคื้ อ จํานวนสเต็ปที่ตองการใหหมุนไป ถาเปนคาบวก จะหมุนตามทิศ ถาเปนคาลบ จะหมุนกลับทิศ โดยคาทีเป ่ นลบ ตั้งแต –1 ถึง –127 จะอยูในรู  ปของทู คอมพลีเมนต (2’ complement : $FF ถึง $81 ) ในกรณีทีใช ่ i-Stamp2P24 ในการสงขอมูลควบคุมสามารถระบุ คาตัวเลขติดลบไดทันที เวนแตทําการกําหนดคาโดยตัวแปรก็จะตองกําหนดในรูปของทูคอมพลีเมนตเชนกัน

     SCi-B X   127

รูปแบบการเขียนโปรแกรมมีดังนี้ SEROUT 14,16624 [จํานวนสเต็ปของมอเตอรที่ 1, จํานวนสเต็ปของมอเตอรที่ 2 ] ตัวอยางที่ 1 ขับมอเตอรหมุนตามทิศทั้งคูเป  นจํานวน 96 สเต็ป เขียนโปรแกรมไดดังนี้ SEROUT 14,240,[96,96]

ตัวอยางที่ 2 ขับมอเตอรหมุนสวนทางกันเปนจํานวน 48 สเต็ป เขียนโปรแกรมไดดังนี้ SEROUT 14,240,[48,-48]

หลังจากสงคําสังขั ่ บมอเตอรแลว ควรรอใหมอเตอรหมุนเรียบรอยเสียกอน จึงจะทํางานตอไป โดย ตรวจสอบไดจากสัญญาณ BUSY (P15) วาวางหรือไม ถาวางจะเปนลอจิก “1” (2) คําสังควบคุ ่ มการทํางานของชุดขับมอเตอร โดยในการสงขอมูลชุดนี้ตอง (2.1) เริมต ่ นดวยการสงขอมูลไบตแรกเปน 128 หรือ $80 (เลขฐานสิบหก) (2.2) ในขอมูลไบตตอไปจะเปนคําสั่งควบคุมการทํางานของชุดขับมอเตอร รูปแบบการเขียนโปรแกรมมีดังนี้ SEROUT 14,240,[128,”คําสัง”,พารามิ ่ เตอรของคําสังของมอเตอร ่ ที่ 1,พารามิเตอรของ คําสังของมอเตอร ่ ที่ 2] รายละเอียดของคําสังและพารามิ ่ เตอรทีเกี ่ ยวข ่ องมีดังนี้ คําสัง่ ผลของคําสัง่ C เริมต ่ นคาตัวแปรใหมทังหมด ้ รวมถึงสภาวะสเต็ป ก็จะกลับไปเริมที ่ ่0 E กําหนดใหทํางานในโหมดประหยัดพลังงาน ปกติจะถูกกําหนดใหทํางานในโหมด ประหยัดพลังงานอยูแลว ไมแนะนําใหใชในโหมดขับ 0, 3 และ 4 เนื่องจากทัง้ 3 โหมดดังกลาวตองการกระแสไฟฟามากเปนพิเศษเพือขั ่ บมอเตอร เมือทํ ่ างานใน โหมดนี้จะใชกระแสไฟฟารวมไมเกิน 100mA เมื่อแกนมอเตอรเปนอิสระ ในขณะ ทีจะใช ่ กระแสไฟฟารวมถึง 4 ถึง 500mA ในโหมดขับกระแสเต็มที่โดยมีการบังคับ แกนมอเตอรเกิดขึนหรื ้ อเรียกวา เบรก (brake) F กําหนดใหแผงวงจรขับมอเตอรทํางานในโหมดขับกระแสเต็มที่ M [0..4] ตังโหมดการทํ ้ างานขับมอเตอร ( Default=0 ) โหมด 0 ขับแบบฮาลฟสเต็ป โหมด 1 ขับแบบ 1 เฟส โหมด 2 ขับแบบ 2 เฟส โหมด 3 ขับแบบฮาลฟสเต็ป มีการชดเชยแบบควอเตอรสเต็ป โหมด 4 ขับแบบฮาลฟสเต็ป มีการชดเชยแบบไมโครสเต็ป (คําสั่ง S ไมมีผลในโหมดนี้)

     SCi-B X 128  

S [0..255] ตั้งคาเวลาหนวงการทํางานแตละสเต็ปหรือใชปรับความเร็วในโหมด 0-3 คามาตรฐานกําหนดไวที่ 100 P [0..255]* ตั้งคาจํานวนวงรอบในหนวงเวลาในโหมด 3 ( Default=10 ) R [0..255]* ตั้งคาจํานวนวงรอบยอยในการแบงสเต็บในโหมด 3 ( Default=2 ) I [0..255]* ตั้งคาจํานวนวงรอบในการแบงสเต็บในโหมด 4 ( Default=75 ) หมายเหตุ : * ไมแนะนําใหปรับคาพารามิเตอรเหลานี้ ตัวอยางที่ 3 ตองการขับมอเตอรแบบ 2 เฟสที่คาเวลาหนวงเทากับ 150 สามารถเขียนโปรแกรมไดดังนี้ SEROUT 14,240,[128,”F”,128,”M”,2,128,”S”,150]

ถาตองการขับแบบฮาลฟสเต็ปโหมด 3 ทีค่ าเวลาหนวงเทากับ 75 เขียนโปรแกรมดังนี้ SEROUT 14,240,[128,”F”,128,”M”,3,128,”S”,75]

ถาตองการเริมต ่ นการทํางานใหมหรือรีเซต ใหเขียนโปรแกรมดังนี้ SEROUT 14,240,[128,”C”]

หลังจากนีให ้ หนวงเวลาไป 1 วินาที่ เพือรอให ่ แผงวงจรพรอมทํางาน

     SCi-B X   129

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบโปเทนชิโอมิเตอรตัวตั้งกับ SCi-BOX เขาทีจุ่ ดตอ SENSOR0 (2) ตอสเต็ปเปอรมอเตอรเขาทีจุ่ ดตอ STEPPER MOTOR #1

ZX-POTV

HEAT SINK POWER

SENSOR5

RESET

SENSOR6

i-Stamp2P24

ADC Co-processor

SCi-BOX BASIC Stamp in Science Experiment

P13 : A/D

SENSOR4

ADC Co-processor

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

P2 P1

SENSOR1 SENSOR0

MOTOR

SENSOR2

RELAY

P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

SENSOR7

อยาสัมผัสแผน ระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

SERIAL PORT

DC. IN 6-16V

ZX-POTV

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

Don't Touch !! High temperature

Stepper motor Co-processor

 

 

     SCi-B X 130  

(3) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '****************************************************************** 'File : ACT23.BSP 'Purpose : Running Stepper motor 1 AND 2 'Hardware : Connect POTENTIOMETER #1 at SENSOR0 (motor 1 control) ' Connect POTENTIOMETER #2 at SENSOR1 (motor 2 control) '****************************************************************** 'System I/O AND constant , please DO NOT make change SD CON 13 ' Sci-BOX serial communication port SO CON 14 ' Sci-BOX stepper controller serial port BUSY VAR IN15 ' Sci-BOX stepper controller busy signal BAUD CON 240 ' 9600bps constant CTRL CON $80 ' Variable defined VALUE VAR Word ' VALUE as SENSOR variable SENSOR VAR Word(2) ' SENSOR, 2 words array CH VAR Byte ' Channel select L VAR Byte R VAR Byte PAUSE 1000 ' Delay 1s. for peripheral initialize ' Set full powered, half step and step delay as 40 SEROUT SO,BAUD,[CTRL,"F",CTRL,"M",0,CTRL,"S",40] GOSUB Poll_BUSY ' Wait BUSY signal LOOP1 : FOR CH=0 TO 1 GOSUB Get_SENSOR : SENSOR(CH)=VALUE DEBUG DEC SENSOR(CH)," " NEXT DEBUG CR

' Get SENSOR0 and SENSOR1 ' View data on debug

Check_M1 : IF SENSOR(0)>=512 THEN M1_Forward L=-1 : GOTO Check_M2

' Rules for decision ' Backward if less than 512

M1_Forward : L=1

' Forward if others

Check_M2 : IF SENSOR(1)>=512 THEN M2_Forward R=-1 : GOTO OK M2_Forward : R=1 OK : GOSUB Drive GOTO LOOP1

' Call drive ' Do again

     SCi-B X   131 '**************************** ' Drive stepper motor routine '**************************** Drive : SEROUT SO,BAUD,[L,R] ' Drive L & R motor -127 TO +127 range Poll_BUSY : IF BUSY=0 THEN Poll_BUSY RETURN ' Return to main '**************************** ' GET sensor value subroutine '**************************** Get_SENSOR : LOW SD : PAUSE 1 : HIGH SD ' Break signal SEROUT SD,BAUD,[CH] ' Request SENSOR0 SERIN SD,BAUD,[VALUE.LOWBYTE,VALUE.HIGHBYTE] ' Received data 2 bytes to 1 word RETURN ' Return to main

(4) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (5) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรมทดสอบการทํางาน (6) ทดลองหมุนแกนของตัวตานทานปรับคาไดบนแผงวงจร ZX-POTV ทีต่ ออยูกั บ SENSOR0 สังเกตการทํางาน ของสเต็ปเปอรมอเตอร #1





ZX-POTV

(7) ยายสเต็ปเปอรมอเตอรมาตอทีขั่ วต ้ อสเต็ปเปอรมอเตอร #2 แลวตอแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบตัวตั้ง ZX-POTV เขากับพอรต SENSOR1 จากนั้นทดลองหมุนแกนของตัวตานทานปรับคาได สังเกตการทํางาน (8) ถาหากสามารถจัดหาสเต็ปเปอรมอเตอรได 2 ตัวใหตอพรอมกัน รวมถึงแผงวงจรตัวตานทานปรับคาได ZX-POTV ดวย จากนันทดสอบอี ้ กครัง้

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 132  

  

 

การเชื่อมตอ SLCD กับ SCi-BOX ทําไดงายมาก เพียงตอสายสัญญาณจากขาพอรต P0 ถึง P7 ขาใดขาหนึงบนบอร ่ ด SCi-BOX เขา กับขาขอมูลของ SLCD คําสั่งทีใช ่ งานคือ SEROUT

การเขียนขอมูลและคําสังไปยั ่ ง SLCD ในกรณีเลือกใชชุดคําสังมาตรฐาน ่ จะตองสงรหัสเริ่มตนเสียกอน ในกรณีใชงาน SLCD กับเบสิกแสตมป 2P จะใชคําสั่ง SEROUT ในการสง ขอมูลไปยัง SLCD ดังมีรูปแบบตอไปนี้ SEROUT ขาพอรต, คา baudmode, [$FE, ขอมูลคําสัง] ่ จะตองสงรหัสเริ่มตนของการติดตอกับ SLCD ซึงก็ ่ คือ $FE หรือ 254 รหัสนีเป ้ นรหัสมาตรฐานของ โมดูล LCD อนุกรมของ Scott Edwards จากนันส ้ งขอมูลคําสั่งที่ตองการตามไปไดเลย สําหรับการเขียนขอมูลแสดงผล มีรูปแบบดังนี้ SEROUT ขาพอรต, คา baudmode, [$FE, 1, ขอมูลแสดงผล] เชนเดียวกับการเขียนขอมูลคําสัง่ ตองสงรหัสเริมต ่ น $FE กอน ตามดวยขอมูล 1 เพือแจ ่ งใหตัวควบคุมบน SLCD ทราบวา ขอมูลหลังจากนีเป ้ นขอมูลสําหรับแสดงผล 

Co-processor

SENSOR5

RESET

P13 : A/D

SENSOR4

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

INPUT

+ S G

DI IN

24 96

16 8

MOTOR

SENSOR1 SENSOR0

Stepper motor Co-processor

SENSOR2

RELAY

P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

BRIGHTNESS

Hello0Stamp2P!00 Test0Line020LCD0

NXP1008S-LCD

ADC Co-processor

   

SENSOR6

i-Stamp2P24

ADC #1

SCi-BOX BASIC Stamp in Science Experiment

SENSOR7

SERIAL PORT

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

DC. IN 6-16V

อยาสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

Don't Touch !! High temperature

ST EX

CONNECTOR 2x7 PIN

POWER ON

CONNECTOR 14 PIN

HEAT SINK

รูปที่ A24-1 การตอโมดูล SLCD เขากับแผงวงจร SCi-BOX

     SCi-B X   133

คําสังควบคุ ่ มโมดูล LCD แบบมาตรฐาน (1) คําสังเคลี ่ ยรจอแสดงผล มีขอมูลคําสังเป ่ น $1 เปนคําสังเขี ่ ยนขอมูลชองวางหรือ space เขาไปในหนวยความ จําขอมูลสําหรับแสดงผลหรือ DDRAM ภายในโมดูล LCD เมือเคลี ่ ยรจอแสดงผล แลว จะกําหนดใหเคอรเซอร (cursor : สัญลักษณพิเศษทีใช ่ ในการแสดงตําแหนง สําหรับแสดงตัวอักษรของโมดูล LCD บางครังมี ้ ลักษณะเปนรูปสีเหลี ่ ยมผื ่ นผาขนาด 5x 7 จุดหรือเปนขีด สามารถสังให ่ กะพริบหรือไมก็ได) กลับไปอยูที ตํ่ าแหนงซาย มือสุดของจอแสดงผล (2) คําสัง่ Return Home มีคาของขอมูลเทากับ $2 หรือ $3 ก็ได (แนะนําใหใช $2) เปนการกําหนดให เคอรเซอรไปแสดงยังตําแหนงซายสุดของจอแสดงผล โดยขอมูลทีแสดงอยู ่ ในบนจอ  แสดงผลจะไมมีการเปลียนแปลง ่ (3) คําสังเลื ่ อกโหมดการปอนขอมูล (Entry mode set) มีรูปแบบคําสั่งดังนี้

บิต 7 บิต 6 บิต 5 บิต 4 บิต 3 บิต 2 บิต 1 บิต 0 0

I/D

บิต I/D ใชในการกําหนดวา เมือเขี ่ ยนหรืออานขอมูลแลว ทําใหแอดเดรสของหนวย ความจําแสดงผล (DDRAM) เพิมหรื ่ อลดลง “0” แอดเดรสลดลง 1 แอดเดรส “1” แอดเดรสเพิมขึ ่ น้ 1 แอดเดรส บิต S ใชกําหนดลักษณะการแสดงผล “0” เมือเกิ ่ ดตัวอักษรใหม เคอรเซอรเลือนไปทางขวามื ่ อ “1” เมือเกิ ่ ดตัวอักษรใหม เคอรเซอรอยูที เดิ ่ ม อักษรเลือนไปทางซ ่ าย ทีนิ่ ยมใชมากทีสุ่ ดคือ ขอมูลคําสั่ง $6 หมายถึง กําหนดใหเมื่อเกิดขอมูลใหม เคอรเซอรจะเลือนไปทางขวามื ่ อ และแอดเดรสของหนวยความจําสําหรับแสดงผล จะเพิมขึ ่ น้ (4) คําสังควบคุ ่ มการแสดงผล มีรูปแบบคําสั่งดังนี้ บิต 7 บิต 6 บิต 5 บิต 4 บิต 3 บิต 2 บิต 1 บิต 0 0

บิต D ใชควบคุมการเปดปดจอแสดงผล ถาเปน “0” เปนการปดจอ แสดงผล ถาเปน “1” เปนการเปดจอแสดงผล บิต C ใชควบคุมการแสดงตัวเคอรเซอรบนจอแสดงผล ถาเปน “0” เปน การปดตัวเคอรเซอรหรือไมแสดงเคอรเซอร ถาเปน “1” เปนการแสดง ตัวเคอรเซอร บิต B ใชควบคุมการกะพริบของเคอรเซอร ถาตองการใหเคอรเซอร กะพริบ ตองกําหนดใหเปน “1” คําสั่ งที่ ใชบอยคือ $0C เปนการสังให ่ เปดจอแสดงผล แตไมแสดง เคอรเซอร และ $0F เปนการสังให ่ เปดจอแสดงผล แสดงเคอรเซอร และ สังให ่ เคอรเซอรกะพริบ

(5) คําสังควบคุ ่ มการเลือนเคอร ่ เซอรและตัวอักษร มีรูปแบบดังนี้ บิต 7 บิต 6 บิต 5 บิต 4 บิต 3 บิต 2 บิต 1 บิต 0 0

S/C

R/L

การเลื่อนเคอรเซอรและตัวอักษรขึ้นอยูกั บการกําหนดบิต S/C และ R/ L ซึงสามารถสรุ ่ ปไดดังนี้ S/C R/L ลักษณะการเลือน ่ ขอมูลคําสัง่ 0 0 เลือนเคอร ่ เซอรไปทางซาย $10-$13 0 1 เลือนเคอร ่ เซอรไปทางขวา $14-$17 1 0 เลือนตั ่ วอักษรใหมไปทางซาย $18-$1B 1 1 เลือนตั ่ วอักษรใหมไปทางขวา $1C-$1F 6. คําสังกํ ่ าหนดฟงกชันการทํ ่ างาน เปนคําสังที ่ มี่ ความสําคัญมากทีสุ่ ดอีกคําสังหนึ ่ ง่ มีรูปแบบของขอมูลคําสังดั ่ งนี้ บิต 7 บิต 6 บิต 5 บิต 4 บิต 3 บิต 2 บิต 1 บิต 0 0

บิต DL ใชในการกําหนดจํานวนบิตในการติดตอกับโมดูล LCD “0” กําหนดใหทํางานในโหมด 4 บิต “1” กําหนดใหทํางานในโหมด 8 บิต บิต N ใชกําหนดจํานวนบรรทัดทีต่ องการใหแสดงผล “0” แสดงผล 1 บรรทัด “1” แสดงผล 2 บรรทัดหรือมากกวา แตสําหรับโมดูล LCD ขนาด 16 ตัวอักษร 1 บรรทัดทีมี่ จําหนายใน ประเทศไทย ตองกําหนดใหบิตนี้เปน “1” เนื่องจากหนวยความจํา สําหรับเก็บขอมูลเพื่อการแสดงผลไมไดอยูต อเนืองกั ่ น กลาวคือ แบง เปน 2 ชวงคือ ที่แอดเดรส $00-$07 และ $40-$47 โดยทีแอดเดรส ่ $40 จะเปนแอดเดรสเริมต ่ นของหนวยความจําสําหรับการแสดงผลใน บรรทัดทีสองของโมดู ่ ล LCD ที่มีมากกวา 1 บรรทัด จึงทําใหเมื่อตอง การติดตอกับโมดูล LCD 1 บรรทัดจึงจําเปนตองกําหนดใหเปน “1” บิต F ใชเลือกความละเอียดของตัวอักษรในการแสดงผล “0” แสดงผลแบบ 5x7 จุด “1” แสดงผลแบบ 5x10 จุด

     SCi-B X 134  

คําสังควบคุ ่ ม SLCD ในโหมดคําสังเพิ ่ ่มเติม การทํางาน ขอมูลคําสั่ง อินิเชียล LCD 142 เคลียรจอแสดงผล 143 กลับมาตําแหนงเริ่มตน 144 เคอรเซอรไมเ ลื่อนเมื่อมีอักษรใหม 145 เคอรเซอรเลื่อนไปทางขวาเมื่อมีอักษรใหม 146 เคอรเซอรเลื่อนไปทางซายเมื่อมีอักษรใหม 147 เปดจอแสดงผล 148 ปดจอแสดงผล 149 เปดจอแสดงผลและแสดงเคอรเซอร 150 เปดจอแสดงผลและเคอรเซอรกะพริบ 151 เลื่อนเคอรเซอรไปทางซาย 152 เลื่อนเคอรเซอรไปทางขวา 153 เลื่อนตัวอักษรใหมไปทางซาย 154 เลื่อนตัวอักษรใหมไปทางขวา 155 156

การทํางาน เขียน CGRAM แอดเดรส 0 เขียน CGRAM แอดเดรส 1 เขียน CGRAM แอดเดรส 2 เขียน CGRAM แอดเดรส 3 เขียน CGRAM แอดเดรส 4 เขียน CGRAM แอดเดรส 5 เขียน CGRAM แอดเดรส 6 เขียน CGRAM แอดเดรส 7 เลือก DDRAM แอดเดรส $00 เลือก DDRAM แอดเดรส $10 เลือก DDRAM แอดเดรส $14 เลือก DDRAM แอดเดรส $20 เลือก DDRAM แอดเดรส $40 เลือก DDRAM แอดเดรส $50 เลือก DDRAM แอดเดรส $54

*See note

ขอมูลคําสั่ง 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141

รูปแสดงขอมูลของตัวอักษรทีเก็ ่ บอยูในหน  วยความจํารอมเก็บตัวอักษรหรือ CGROM ของโมดูล LCD ซึงผู ่ ใช  งานสามารถเรียกออกมาใชงานตามตองการ

     SCi-B X   135

การเขียนขอมูลและคําสังไปยั ่ ง SLCD ในกรณีเลือกใชชุดคําสังเพิ ่ มเติ ่ ม มีรูปแบบที่คลายกับชุดคําสั่งมาตรฐาน แตกตางกันเพียงไมจําเปนตองสงรหัสเริ่มตน $FE และไมตองสง ขอมูล 1 เพื่อแยกขอมูลคําสั่งกับขอมูลสําหรับแสดงผล เพียงใชสัญลักษณ “ ” เพื่อกําหนดขอมูลสําหรับแสดงผล เทานัน้ ในกรณีใชงานกับเบสิกแสตมป 2P จะใชคําสั่ง SEROUT เชนเดียวกัน สําหรับขอมูลคําสั่งเพิ่มเติมสรุปไว แลวในกรอบแยกที่ 2 รูปแบบการเขียนคําสังและข ่ อมูลในโหมดคําสังเพิ ่ ่มเติมมีดังนี้ SEROUT ขาพอรต, คา baudmode, [ ขอมูลคําสัง] ่

และ

SEROUT ขาพอรต, คา baudmode, [“ขอมูลแสดงผล”]

ตัวอยางที่ 1 SEROUT 7,240,[129]

สงขอมูลคําสั่งออกไปทางขา P7 ของเบสิกแสตมป 2P ดวยบอดเรต 9600 บิตตอวินาที แบบตอโดยตรง เพื่อเคลียรจอแสดงผล

ตัวอยางที่ 2 SEROUT 7,240,[“Hello Stamp 2P!”]

ทําการสงขอมูลแสดงผลออกไปทางขา P7 ของเบสิกแสตมป 2P ดวยบอดเรต 9600 บิตตอวินาที แบบ ตอโดยตรง เพื่อแสดงขอความ Hello Stamp 2P!

ตัวอยางที่ 3 SEROUT 7,240,[154,”Test Line 2 LCD”]

สงขอมูลแสดงผลออกไปทางขา P7 ของเบสิกแสตมป 2P ดวยบอดเรต 9600 บิตตอวินาที แบบตอโดย ตรง เพื่อเลือกแอดเดรสของ DDRAM ตําแหนง $40 อันเปนแอดเดรสเริ่มตนของจอ LCD บรรทัดที่สอง สําหรับ แสดงขอความ Test Line 2 LCD

ตัวอยางที่ 4 SEROUT 7,240,[150,137]

สงขอมูลคําสั่งออกไปทางขา P7 ของเบสิกแสตมป 2P ดวยบอดเรต 9600 บิตตอวินาที แบบตอโดยตรง เพื่อเลือกแอดเดรสของ DDRAM ตําแหนง $00 อันเปนแอดเดรสเริ่มตนของจอ LCD บรรทัดแรก แลวทําการเปด จอแสดงผลพรอมกับแสดงเคอรเซอรกะพริบ อยางไรก็ตามเนืองจาก ่ SLCD ตองใชเวลาในการประมวลผลคําสัง่ ดังนัน้ หลังจากการสงขอมูลในแตละ ครั้ง ควรทําการหนวงเวลาดวยคําสั่ง PAUSE (ในกรณีใชกับเบสิกแสตมป 2P) ประมาณ 250 ถึง 500 มิลลิวินาที สําหรับกรณีแสดงขอความอาจตองมีการหนวงเวลานานกวานันเพื ้ อให ่ ผูใช  งานสามารถมองเห็นขอความทีแสดงผล ่ ไดทันและชัดเจน

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 136  

        เปนตัวอยางการรับสัญญาณไฟฟาจากแผงวงจรตรวจจับที่ปอนเขามายัง SCi-BOX ผานทางพอรต SENSOR0 ถึง SENSOR7 แลวนําไปแสดงผลที่ SLCD หรือโมดูล LCD แบบอนุกรม

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบโปเทนชิโอมิเตอรตัวตังหรื ้ อ ZX-POTV ทีจุ่ ดตอ กับ SCi-BOX ทีจุ่ ดตอ SENSOR0 (2) ตอ SLCD เขากับพอรต P0 ของ SCi-BOX โดยใชสาย JST3AA-8

HEAT SINK POWER

P13 : A/D

ADC

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

CONNECTOR 14 PIN

DI IN

24 96

MOTOR P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

ST EX

NXP1008S-LCD

SENSOR1 SENSOR0

Stepper motor Co-processor

SENSOR2

 RELAY

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

1 LCD

Co-processor

16 8

SENSOR4

Value=1023p2P!00 Test0Line020LCD0

SENSOR5

RESET

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

SENSOR6

i-Stamp2P24

ADC Co-processor

SCi-BOX BASIC Stamp in Science Experiment

SENSOR7

อยาสัมผัสแผน ระบายความรอน ขณะทํา งาน !!!!!

SERIAL PORT

   

DC. IN 6-16V

ZX-POTV

Don't Touch !! High temperature

     SCi-B X   137

(3) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '**************************************************** ' File : ACT25.BSP ' Purpose : Show voltage value on SLCD ' Hardware : Connect POTENTIOMETER at SENSOR0 ' Connect SLCD at P0 (9600bps, non-invert) '**************************************************** ' Custom I/O on this application SLCD CON 0 ' Connect SLCD here! ' System I/O and constant , please do not make change SD CON 13 ' Sci-BOX serial communication port BAUD CON 240 ' 9600bps constant CMD CON $FE ' SLCD command constant ' Variable defined VALUE VAR Word I VAR Byte PAUSE

1000

SEROUT SLCD,BAUD,[CMD,1]

' VALUE as SENSOR0 variable ' I as counter byte ' Delay 1s. for peripheral initialize ' Clear SLCD screen

LOOP1 : LOW SD : PAUSE 1 : HIGH SD ' Break signal SEROUT SD,BAUD,[0] ' Request SENSOR0 SERIN SD,BAUD,[VALUE.LOWBYTE,VALUE.HIGHBYTE] ' Received data 2 bytes to 1 word SEROUT SLCD,BAUD,[CMD,2] ' Cursor home SEROUT SLCD,BAUD,["Value=",DEC4 VALUE]

' Show data

PAUSE 100 GOTO LOOP1

' Delay 100ms. ' Do again

(4) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (5) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพื่อดาวนโหลดและรันโปรแกรม (6) ทดลองหมุนแกนของตัวตานทานปรับคาไดบนแผงวงจร ZX-POTV ที่ตออยูกับชอง SENSOR0 บนบอรด SCi-BOX สังเกตการแสดงผลของโมดูล SLCD เปรียบเทียบกับผลการทํางานในกิจกรรม ที่ 20

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 138  

  

    

เปนตัวอยางการรับสัญญาณไฟฟาจากแผงวงจรตรวจจับที่ปอนเขามายัง SCi-BOX ผานทางจุดตอ SENSOR0 ถึง SENSOR7 แลวนําไปสรางสัญญาณเสียงออกทางลําโพงเปยโซบน SCi-BOX และแสดงคาผาน ทางหนาตาง Debug Terminal ดวย

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรตัวตานทานปรับคาไดแบบโปเทนชิโอมิเตอรตัวตังหรื ้ อ ZX-POTV กับ SCi-BOX ทีจุ่ ดตอ SENSOR0

 

HEAT SINK POWER

SENSOR5

RESET P5

SENSOR6

i-Stamp2P24

ADC Co-processor

SCi-BOX BASIC Stamp in Science Experiment

P13 : A/D

SENSOR4

ADC Co-processor

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

P2 P1

SENSOR1 SENSOR0

MOTOR P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

SENSOR2

RELAY Stepper motor Co-processor

SENSOR7

อยาสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

SERIAL PORT

DC. IN 6-16V

ZX-POTV

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

Don't Touch !! High temperature

     SCi-B X   139

(2) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '************************************************ ' Purpose : Sound generated from sensor ' Hardware: Connect POTENTIOMETER at SENSOR0 '************************************************ ' System I/O AND constant , please DO NOT make change SOUND CON 12 ' On-board speaker SD CON 13 ' Sci-BOX serial communication port BAUD CON 240 ' 9600bps constant ' Variable defined VALUE VAR Word

' VALUE

' Variable defined FREQ VAR Word

' Channel select

as SENSOR0 variable

PAUSE 1000 ' Delay 1s. for peripheral initialize LOOP1 : LOW SD : PAUSE 1 : HIGH SD ' Break signal SEROUT SD,BAUD,[0] ' Request SENSOR0 SERIN SD,BAUD,[VALUE.LOWBYTE,VALUE.HIGHBYTE] ' Received data 2 bytes to 1 word FREQOUT SOUND,250,VALUE*2+300 ' Frequency depend on SENSOR0 DEBUG HOME,"Freq.= ",DEC4 VALUE*5+750," Hz." ' Show frequency value GOTO LOOP1 ' Do again

(3) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (4) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรม (5) หนาตาง Debug Terminal ปรากฏขึ้น ใหหมุนแกนของตัวตานทานปรับคาไดบนบอรด ZX-POTV ทีต่ ออยูกั บ SENSOR0 สังเกตการแสดงคาของหนาตาง Debug Terminal พรอมทั้งฟงเสียงจากลําโพงเปยโซ คาของ Freq ทีได ่ จากการปรับคาของ ZX-POTV มีคาในชวง 750 ถึง 5,865Hz ดังนั้นสัญญาณเสียงที่ เกิดขึ้นจะเปนเสียงตํ่าเมื่อคา ZX-POTV มีคาตํ่า และเปนเสียงสูงขึ้นเมือค ่ าแรงดันจาก ZX-POTV ถูกปรับใหสูงขึ้น

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 140  

  



เปนตัวอยางการวัดคาความจุไฟฟาจากแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา (Capacitance) โดยใชคุณสมบัติ พิเศษของคําสั่ง RCTIME ของเบสิกแสตมป 2SX หรือ i-Stamp ซึงเป ่ นไมโครคอนโทรลเลอรหลักบน SCi-BOX และ แสดงคาผานทางหนาตาง Debug Terminal

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา Capacitance ทีช่ อง ST=0 กับ SCi-BOX เขาทีจุ่ ดตอ P0 (2) ตอตัวเก็บประจุ 0.47F หรือ 470nF เขาทีจุ่ ดตอ CAPACITOR บนแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา โดยใชสาย ปากคีบ

 

Hello0Stamp2P!00 Test0Line020LCD0

HEAT SINK POWER

SENSOR7

SENSOR6

Co-processor

SENSOR5

P13 : A/D

i-Stamp2P24

ADC #1

SCi-BOX BASIC Stamp in Science Experiment

RESET CAPACITOR

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

ST=1

P2 P1

SENSOR1 SENSOR0

MOTOR

SENSOR2

RELAY

P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

SENSOR4

ADC Co-processor

Stepper motor Co-processor

อย าสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

SERIAL PORT

 

DC. IN 6-16V

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

Don't Touch !! High temperature

ST=0

     SCi-B X   141

(3) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '************************************************************** ' File : ACT27-01.BSP ' Purpose : Capacitance meter ' Hardware : Connect Capacitance sensor from ST=0 output to P0 '************************************************************** TIME VAR Word Cx VAR Word LOOP1 : LOW 0 PAUSE 10 RCTIME 0,0,TIME Cx = (TIME/65)+(TIME/5) DEBUG HOME,? TIME, CR DEBUG "Capacitance value = " ,DEC Cx," nanofarad",CR ' Show capacitance value PAUSE 1 GOTO LOOP1 ' Do again

(3) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (4) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรม จะปรากฏหนาตาง Debug Terminal ดังรูปที่ A27-1 ขึ้น แสดงคาเวลาทีได ่ จากคําสั่ง RCTIME ผานตัว แปร TIME และคาของตัวเก็บประจุทีวั่ ดไดผานตัวแปร Cx

รูปที่ A27-1 แสดงผลการวัดคาของตัวเก็บประจุดวยแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟาและ SCi-BOX โดยใช คุณสมบัติของคําสัง่ RCTIME เขียนโปรแกรมภาษาเบสิก แลวแสดงผลผานหนาตาง Debug Terminal

     SCi-B X 142  

(5) เปลี่ยนจุดตอของแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา Capacitance ไปเปนชอง ST=1 (6) ยังคงตอตัวเก็บประจุ 0.47F หรือ 470nF เขาทีจุ่ ดตอ CAPACITOR บนแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟา (7) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '************************************************************** ' File : ACT27-02.BSP ' Purpose : Capacitance meter ' Hardware : Connect Capacitance sensor from ST=1 output to P0 '************************************************************** TIME VAR Word Cx VAR Word LOOP1 : HIGH 0 PAUSE 10 RCTIME 0,1,TIME Cx = (TIME/14) DEBUG HOME,? TIME, CR DEBUG "Capacitance value = " ,DEC Cx," nanofarad",CR ' Show capacitance value PAUSE 1 GOTO LOOP1 ' Do again

รูปที่ A27-2 แสดงผลการวัดคาของตัวเก็บประจุดวยแผงวงจรวัดคาความจุไฟฟาและ SCi-BOX โดยใชวิธีการวัดคาเวลาในการคายประจุ

     SCi-B X   143

(8) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (9) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรม จะปรากฏหนาตาง Debug Terminal ขึ้น ดังในรูปที่ A27-2 แสดงคาเวลาทีได ่ จากคําสั่ง RCTIME ผาน ตัวแปร TIME และคาของตัวเก็บประจุทีวั่ ดไดผานตัวแปร Cx จะเห็นวา คาเวลาทีได ่ จากคําสัง่ RCTIME ของโปรแกรม ACT27-01.BSX และ ACT27-02.BSX มีคาตางกันมาก แตเมื่อผานการคํานวณแลวจะใหคาของตัวเก็บประจุออก มาใกลเคียงกัน อยางไรก็ตามในการวัดแบบที่ 2 ตามขั้นตอนที่ 5-9 เปนวิธีการวัดที่ไดคาใกลเคียงและแมนยํากวา เนื่อง จากตัวเก็บประจุจะไดรับการประจุแรงดันจนเต็มกอน จากนันจึ ้ งถูกทําใหคายประจุ โดยมีชวงของแรงดันทีทํ่ าใหเกิด การเปลียนแปลงมากถึ ่ ง 3.5V เนืองจากจุ ่ ดทีเบสิ ่ กแสตมปหรือ i-Stamp จะตัดสินวาเกิดการเปลียนแปลงทางลอจิ ่ ก คือระดับแรงดัน 1.5V ดวยการประจุแรงดันกอน ทําใหตัวเก็บประจุมีแรงดัน +5V เมื่อถูกคายประจุถึง 1.5V จึงเกิด การเปลียนลอจิ ่ กของการทํางาน จึงทําใหมีชวงเวลาวัดคาแรงดันที่ตกลงจาก 5 ถึง 1.5V ยาวนานกวาการเปลี่ยน จาก 0 มาถึงจุด 1.5V (ในกรณีใชวิธีคายประจุกอน) จึงทําใหไดคาของตัวเก็บประจุทีแม ่ นยําเที่ยงตรงมากขึน้

SCi-B X

Microcontroller in Science experiment

     SCi-B X 144  

  

    

เปนตัวอยางการตรวจจับสัญญาณเสียงจากแผงวงจรตรวจจับเสียง (SOUND) โดยใชความสามารถของ คําสั่ง PULSIN ของเบสิกแสตมป 2P หรือ i-Stamp2P24 ซึงเป ่ นไมโครคอนโทรลเลอรหลักบน SCi-BOX แสดงคา ผานทางหนาตาง Debug Terminal และนําคาทีได ่ นันไปควบคุ ้ มการทํางานของรีเลย จึงมีผลการทํางานรวมเปน สวิตชสั่งงานดวยเสียง

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรตรวจจับเสียง SOUND กับ SCi-BOX เขาทีจุ่ ดตอ P0 (2) เลือกจัมเปอร ๊ RELAY/MOTOR บนบอรด SCi-BOX มาทีตํ่ าแหนง RELAY

 

H e l lo 0 S ta m p 2P ! 00 T e s t0 L i ne 0 2 0L C D0

HEAT SINK POWER DC. IN 6-16V

อยาสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

BASIC Stamp in Science Experiment

SENSOR5

P13 : A/D

SENSOR4

ADC Co-processor

P12 SOUND P9

SENSOR3

P11 P10

SOUND

P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

 

SENSOR1 SENSOR0

MOTOR

SENSOR2

RELAY Stepper motor Co-processor

MIC

RESET P5

SENSOR6

i-Stamp2P24

ADC Co-processor

SCi-BOX

SENSOR7

SERIAL PORT

RELAY 12V 5A

P9 RELAY

P8 RELAY

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

Don't Touch !! High temperature

     SCi-B X   145

(3) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '************************************************************** ' File : ACT28.BSP ' Purpose : Sound activated switch ' Hardware : Connect SOUND sensor to P0 '************************************************************** ' Custom I/O on this application SOUND CON 0 ' Connect SOUND sensor here! RELAY CON 8 ' Variable defined VOICE VAR Byte

' VOICE variable

DIRC=%1111

' Force P8-P11 as output

LOOP1: PULSIN SOUND,1,VOICE IF VOICE=0 THEN LOOP1 DEBUG DEC ? VOICE TOGGLE RELAY PAUSE 1000 GOTO LOOP1

' ' ' ' ' '

Check voice input on P0 Loop if no voice Show voice activation Drive relay Operation delay Do loop

(3) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร

รูปที่ A28-1 แสดงผลการวัดคาของแผงวงจรตรวจจับเสียงผานทางหนาตาง Debug Terminal

     SCi-B X 146  

(4) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรม จะปรากฏหนาตาง Debug Terminal ขึ้น ทําการปรบมือเพื่อใหเกิดเสียงสงไปยังแผงวงจรตรวจจับเสียง เมื่อตรวจจับไดแลวจะสงขอมูลไปยัง SCi-BOX เพื่อนําขอมูลออกไปแสดงยังหนาตาง Debug Terminal ดังในรูป ที่ A28-1 พรอมกันนันรี ้ เลยจะทํางานเมื่อตรวจจับเสียงไดครั้งแรก และเมื่อตรวจจับเสียงไดครั้งตอไป รีเลยจะหยุด ทํางาน นันคื ่ อรีเลยจะทํางาน-หยุดทํางานตามจังหวะทีตรวจจั ่ บเสียงไดหรือท็อกเกิล (toggle) เนืองจากการตรวจจั ่ บสัญญาณเสียงของแผงวงจรตรวจจับเสียงนี้ ใหผลการตรวจจับแบบสุมในชั  วขณะหนึ ่ ง่ ดังนันจึ ้ งควรใชในลักษณะตรวจจับเสียงไดหรือไมเทานัน้ เพราะคาทีตรวจจั ่ บไดในแตละครังจะไม ้ เทากัน และ ไมไดแปรผันตามความดังของเสียงทีตรวจจั ่ บได นอกจากคําสั่ง PULSIN แลว ยังสามารถใชคําสั่ง COUNT ใน การตรวจจับได

INNOVATIVE EXPERIMENT

     SCi-B X   147



 SCi-B X  StampPlot Lite เปนโปรแกรมเสริมการทํางานของไมโครคอนโทรลเลอรเบสิกแสตมปและ i-Stamp2P24 ซึงใช ่ ใน SCi-BOX โดย StampPlot Lite สามารถแสดงผลของขอมูลในรูปของกราฟแบบ เวลาจริงหรือที่เรียกวา รีลไทม (reaal-time) ซึ่งตามปกติการแสดงขอมูลบนคอมพิวเตอรของเบสิก แสตมปและ i-Stamp2P24 มักเรียกใชหนาตาง Debug Terminal ภายในโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอร โดยใชคําสัง่ DEBUG สําหรับการนําขอมูลออกมาแสดงเปนกราฟของ Stamp Plot Lite ยังคงใชคําสัง่ DEBUG เชน เดียวกัน ทั้ งนี้เพื่อใหผูใชงานสะดวก และไมตองใชคําสั่งเพิ่มเติมพิเศษแตอยางใด เพียงตองมีการ กําหนดพารามิเตอรใหเหมาะสมกับการแสดงผลบนหนาตางของโปรแกรมเทานั้น StampPlot Lite เปนผลงานของ Selmaware ดาวนโหลดไดที่ www.parallax.com อยางไรก็ ตามสําหรับผูที ่จัดซื้อชุด SCi-BOX จะมีซอฟตแวรตัวนี้บรรจุมาใหดวยแลว

7.1 การติดตังและเรี ้ ยกใชโปรแกรม หากใชแผนซีดีรอมที่จัดมาพรอมกับชุด SCi-BOX ใหเขาไปที่ไดเร็กตรอรี่ StampPlotLite แลวทําการดับเบิลคลิกไฟล setup.exe กระบวนการติดตังโปรแกรมจะเริ ้ มต ่ น ใหคลิกตอบไปตามขัน้ ตอน จนกระทั่งการติดตังเสร็ ้ จสิ้น ในกรณีที่ดาวนโหลดมาจากเวบไซตของ Parallax จะไดไฟล zip มา ใหทําการคลายดวย Winzip จากนั้นจึงดับเบิลคลิกไฟล setup.exe กระบวนการติดตังโปรแกรมจะเริ ้ ่มตนขึ้น หลังจากติดตังโปรแกรมไว ้ แลว ใช Windows Explorer เปดไปยัง C:\Program Files\ Stamp ่ ยกใชงาน Plot Lite\StampPlotLite.exe หรือไปทีปุ่ ม Start  StampPlot Lite  StampPlot Lite เพือเรี โปรแกรม

     SCi-B X 148  

7.2 การใชงานโปรแกรม Stamp Plot Lite (1) เขียนโปรแกรมกับเบสิกแสตมป 2P หรือ i-Stamp2P24 บน SCi-BOX ดังนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} 'StampPlotXample.bsp : StampPlot Example file 'Configure StampPlot ' Variable for counting PAUSE 500: DEBUG "!RSET",CR ' Short pause and reset DEBUG "!SPAN 0,50",CR ' Span the analog range DEBUG "!TSMP ON",CR ' Time Stamp the messages DEBUG "!TMAX 60",CR ' Set plot to 60 seconds max DEBUG "!RSET",CR ' Reset the plot X VAR Byte LOOP1: DEBUG "Starting LOOP", CR ' Message that loop is resetting. FOR X = 0 TO 15 ' For-Next loop to count to 15 DEBUG DEC X, CR ' Plot Analog value of X DEBUG IBIN4 X, CR ' Plot digital bits of X ' Change the User Status message. DEBUG "!USRS The value of X is ", DEC X, CR PAUSE 200 ' Short pause NEXT GOTO LOOP1 ' Restart

(2) กดปุม RUN เพือดาวน ่ โหลดโปรแกรมไปยัง SCi-BOX เมือดาวน ่ โหลดเรียบรอย โปรแกรม จะรันเพื่อทํางานทันที (3) เมื่อรันโปรแกรมหนาตาง Debug Terminal ถูกเปดขึ้นมาอัตโนมัติ ใหปดหนาตาง Debug Terminal เสียกอน เพราะในโครงงานนีต้ องการสงขอมูลไปยังโปรแกรม StampPlot Lite แทน จากนัน้ ใหเปดโปรแกรม StampPlot Lite ขึ้นมา ดังในรูปที่ 7-1 (4) เลือกพอรตอนุกรมทีตั่ วเลือกดานมุมบนซายมือใหตรงกับทีต่ อเอาไว และเลือกอัตราเร็วใน การถายทอดขอมูลหรืออัตราบอด (baud rate) ใหเทากับ 9600 แลวใชเมาสคลิกเลือกกรอบ Connect ที่อยูใกลๆ กันเพื่อติดตอกับพอรตใหทํางาน (5) กดสวิตชรีเซตทีบอร ่ ด SCi-BOX ทีหน ่ าจอของ StampPlot Lite จะทําการเคลียรกราฟ แสดง ขอความตามที่ กําหนด พรอมกับแสดงคาที่ กําหนดในแนวแกนตังและแกนนอนตามที ้ ่ระบุไวใน โปรแกรม (6) คลิกชอง Plot Data เพื่อใหเกิดการแสดงผล

     SCi-B X   149

รูปที่ 7-1 หนาตางหลักของโปรแกรม StampPlot Lite (7) คลิกปุม Reset บนหนาตางของโปรแกรม เพือกํ ่ าหนดจุดเริมต ่ นการพล็อตกราฟ โปรแกรม ที่อยูในเบสิกแสตมป 2P ก็จะสงขอมูลของคาทีวั่ ดไดเปนรหัส ASCII มาแสดงเปนกราฟบนหนาจอ ของโปรแกรม Stamp Plot Lite ดังรูปที่ 7-2 (8) ผูใช  งานสามารถปรับคาตางๆ ของกราฟ และเลื่อนคาแสดงผลในแนวนอนได

7.3 เกร็ดเพิมเติ ่ ม  StampPlot Lite สามารถกําหนดคาพารามิเตอรตางๆได โดยผานคําสัง่ DEBUG รายละเอียด

ของคําสั่งดูไดจากหนังสือคุณสมบัติทางฮารดแวรและชุดคําสั่งของเบสิกแสตมป 2P (เปน e-book บรรจุอยูในซี  ดีรอมที่จัดมาพรอมกับชุด SCi-BOX) ่ านวณ เพื่อเปลี่ยนคาได เชน  ขอมูลที่สงจาก DEBUG นั้น สามารถกําหนดฟงกชันคํ DEBUG DEC RC_VALUE*25

ใหคูณขอมูลในตัวแปร RC_VALUE ดวยคาคงที่ 25 แลวนํามาแสดงผล

     SCi-B X 150  

บิต 3 (บิตที่ 4 : MSB) บิต 2 (บิตที่ 3) บิต 1 (บิตที่ 2) บิต 0 (บิตที่ 1 : LSB)

คาแบบอะนาลอก 0-15

รูปที่ 7-2 ผลการพล็อตกราฟของโปรแกรม StampPlotXample.bsp กําหนดใหแกนตังมี ้ คาอยูระหว  าง 0-50 สวนคาเวลาในแกนนอนมีคา 0-60 จํานวนขอมูลทีต่ องการเก็บคือ 200 กําหนดใหแสดงคาเวลาทีเริ ่ มต ่ นการพล็อตกราฟในแตละรอบ กําหนดใหกลับมาพล็อตกราฟใหมทุกครังที ้ ครบรอบ ่ (เมือจํ ่ านวนขอมูลครบ 200) กําหนดใหพล็อตคาแบบดิจิตอล 4 บิต โดยแสดงกราฟของบิตนัยสําคัยสูงสุดทีเส ่ นกราฟบนสุด กําหนดใหพล็อตคาแบบอะนาลอก มีคา 0-15

     SCi-B X   151

7.4 ขอกําหนดของโปรแกรม Stamp Plot Lite 1. ทุกครั้งที่มีการสงขอมูลเพื่อสรางกราฟโดยใชคําสัง่ DEBUG ตองปดทายดวยคา Carriage Return หรือมีคาของรหัสแอสกี้เทากับ 13 เสมอ หรือจะพิมพคําวา CR แทนก็ได ดังตัวอยาง DEBUG "100",13

'Will plot the number 100

DEBUG "100",CR

'Will plot the number 100

เมือรั ่ นโปรแกรม จะมีการพล็อตกราฟทีค่ าของ 100

2. ในกรณีใชขอมูลดิจิตอลสามารถกําหนดใหพล็อตกราฟไดตอเนื่อง 9 คา ดังตัวอยาง DEBUG IBIN4 INC,13

'Plots 4 digital values

เมื่อรันโปรแกรม จะมีการพล็อตกราฟทังสิ ้ ้น 4 คา (จากการกําหนดดวย IBIN4) จากคาพอรตใน กลุม C (กําหนดจาก INC)

3. สามารถกําหนดขอบเขตในการพล็อตกราฟได ดังตัวอยาง DEBUG "!AMAX 200",13 'Sets analog maximum for plot to 200 DEBUG "!RSET",13

'Resets the plot

เมือรั ่ นโปรแกรม StampPlot Lite จะพล็อตกราฟดวยคาของขอมูลไดสูงสุดทีค่ า 200 หลังจากนัน้ จะรีเซตเพือเริ ่ มต ่ นพล็อตกราฟใหม

4. สามารถขยายสวนของการกราฟได โดยกดปุม Shift บนคียบอรดคางไว แลวใชเมาสคลิ้ก ที่ตําแหนงที่ตองการขยาย 5. สามารถเปลียนแปลงสี ่ ของพื้นและสีของเสนกราฟได 6. Stamp Plot Lite ไมสามารถพิมพรูปกราฟออกทางเครื่องพิมพโดยตรงได เนืองจากเป ่ นขอ จํากัดในรุน Lite หากตองการพิมพตองใชวิธีการจับภาพหนาจอดวยโปรแกรมจัดการกราฟก เชน Photoshop หรือ PaintshopPro เปนตน 7. ควรมีการหนวงเวลาอยางนอย 500 มิลลิวินาที กอนเรียกใชคําสั่ง DEBUG เพื่อติดตอกับ โปรแกรม StampPlot Lite ในโปรแกรมของเบสิกแสตมปหรือ i-Stamp2P24 โดยใชคําสั่ง PAUSE

     SCi-B X 152  

7.5 รูปแบบขอมูลควบคุมที่ใช สรุปไดดังนี้ !TITL message !USRS message !BELL !AMAX value !AMIN value

กําหนดชือของหน ่ าตางแสดงกราฟทีไตเติ ่ ลบาร กําหนดขอความลงในชอง User Status box ในหนาตางหลัก กําหนดใหมีเสียงออกทางลําโพงของคอมพิวเตอร กําหนดคาสูงสุดในการพล็อตกราฟของขอมูลอะนาลอก (แกนตั้ง) กําหนดคาสูงสุดในการพล็อตกราฟของขอมูลอะนาลอก (แกนตั้ง)

!SPAN minValue, MaxValue

กําหนดคาตําสุ ่ ด-สูงสุดของการพล็อต เปลียนย ่ านไดตามตองการในชอง Range !AMUL value

กําหนดตัวคูณของขอมูล

!TMAX value

กําหนดคาเวลาสูงสุดของการพล็อตกราฟ (แกนนอน)

!TMIN value

กําหนดคาเวลาตํ่าสุดของการพล็อตกราฟ (แกนนอน)

!PNTS value

กําหนดจํานวนขอมูลทีต่ องการรวบรวม

!PLOT ON/OFF

เปดปดการแสดงกราฟ

!RSET

รีเซตการพล็อตกราฟ

!CLRM

ลบขอความบนกราฟ

!CLMM

ลบขอมูลตําสุ ่ ดหรือสูงสุดทีบั่ นทึกไว

!CMMR ON/OFF

เลือกใหลบขอมูลตํ่าสุดหรือสูงสุดสุดทีบั่ นทึกไวเมือเกิ ่ ดการรีเซต หรือไม

!MAXS

กําหนดใหหยุดการพล็อตกราฟเมือข ่ อมูลเต็ม

!MAXR

กําหนดใหรีเซ็ตการพล็อตกราฟเมือข ่ อมูลเต็ม

!SHFT ON/OFF

!TSMP ON/OFF !SAVD ON/OFF

เลือกใหพล็อตกราฟในขณะทีมี่ การเลือนหน ่ าจอแสดงผลหรือไม ถาเลือก อาจมีการสูญหายของขอมูลบางสวนได เลือกใหระบุเวลาลงในขอมูลในขณะมีการบันทึกเปนแฟมขอมูล เลือกใหบันทึกขอมูลทังอะนาลอกและดิ ้ จิตอลเปนแฟมขอมูล โดยเก็บในชือ่ stampdat.txt ในรูปของแฟมขอมูลตัวอักษร

!SAVM ON/OFF

เลือกบันทึกขอความโดยเก็บในชือ่ stampmsg.txt ในรูปของแฟมขอมูล

!DELD

ลบขอมูลทีบั่ นทึกไวในแฟมขอมูล stampdat.txt

!DELM

ลบขอความทีบั่ นทึกไวในแฟมขอมูล stampmsg.txt

     SCi-B X   153

7.6 รายละเอียดหนาตางทํางานของ StampPlot Lite เพื่ อความชั ดเจนและง ายต อการทํ าควมเข าใจจึ งแบ งการอธิบายส วนประกอบตางๆ ของหนาตางทํางานของโปรแกรม StampPlot Lite ออกเปน 4 สวนคือ

7.6.1 บริเวณสวนบนของโปรแกรม : สวนควบคุมทัวไป ่

COM1 : เปนเมนูเลือกพอรตอนุกรมที่ตองการติดตอ จากในรูปเลือกพอรต COM1 9600 : เปนคาอัตราเร็วในการถายทอดขอมูลหรืออัตราบอด ในรูปเลือก 9600 บิตตอวินาที Connect : เลือกการเชื่อมตอระหวางโปรแกรมกับพอรตอนุกรม Plot Data : เลือกแสดงผลขอมูลลงในชองกราฟ ตรงกับคําสั่ง !PLOT

ON/OFF

Reset : ปุมสํ  าหรับเคลียรหนาจอแสดงผล, รีเซตคาเวลาเปน 0, เคลียรคาพิกัดสูงสุด-ตําสุ ่ ด ตรง กับคําสั่ง !RESET Stop Plot : เลือกใหหยุดการพล็อตกราฟเมื่อจํานวนขอมูลที่ตองการเก็บเทากับที่กําหนดไว โดยจะตองมีการเลือกที่ชอง Plot Data กอน ตรงกับคําสั่ง !MAXS Restart : เลือกใหกลับมาเริ่มตนพล็อตกราฟในรอบใหม เมื่อจํานวนขอมูลทีต่ องการเก็บเทา กับที่กําหนดไว โดยจะตองมีการเลือกที่ชอง Plot Data กอน ตรงกับคําสั่ง !MAXR User Status message box : ชองสําหรับแสดงขอความสถานะกําหนดโดยผูใช  งาน จากรูป กําหนดใหแสดงขอความ The value of X is .. ตรงกับคําสั่ง !USRS message

     SCi-B X 154  

7.6.2 บริเวณดานซายของโปรแกรม : สวนกําหนดการพล็อตคาอะนาลอกเบืองต ้ น Span Drop-down box

Span +,- button Y value

Span Drop-down box : ชองเลือกขอบเขตของการแสดงคาในแกนตัง้ ตรงกับคําสั่ง !SPAN minvalue,maxvalue

Span +, - button : ปุมปรับเพื่อเพิ่มหรือลดขอบเขตการแสดงคาในแกนตัง้ 2 เทา โดยคาตํา่ สุดไมเปลี่ยนแปลง Y position : ปุมเลื่อนขอบเขตการแสดงคาในแกนตัง้ Multiplier : กําหนดคาตัวคูณใหแกขอมูลแบบอะนาลอกทีได ่ มาจากเบสิกแสตมปกอนนําไป แสดงผลบนกราฟหรือเก็บลงในไฟล ตรงกับคําสั่ง !AMUL value Y value: ที่ชองตํ่าสุดและสูงสุดของแกนตั้ง สามารถกําหนดคาแบบอิสระจากผูใช  งานได โดยการคลิกเมาสเขาไปในชองกําหนดคา แลวเปลียนค ่ าตามทีต่ องการ โดยคาในชองลางสุดควรนอย กวาชองบนสุด เมือกํ ่ าหนดคาแลว โปรแกรม StampPlot Lite จะกําหนดสเกลในแนวแกนตังใหม ้ โดย อัตโนมัติ ตรงกับคําสั่ง !AMIN value !AMAX value หรือ !SPAN minvalue,maxvalue

     SCi-B X   155

Save data to file : ชองสําหรับเลือกให StampPlot Lite ทําการบันทึกคาแบบอะนาลอกที่นํา มาพล็อตกราฟทังหมด ้ รวมทังเวลาด ้ วย (หากมีการเลือกใหบันทึกทีช่ อง Time stamp) ลงในแฟมขอมูล ในรูปของแฟมขอมูลตัวอักษรหรือเท็กซไฟล (text file) โดยกําหนดชือเป ่ น stampdat.txt ซึ่งอยูในได เร็กตอรีเดี ่ ยวกับโปรแกรม StampPlot Lite ถาหากไมมีคาแบบอะนาลอกขอมูลทีจัดเก็บลงในไฟลจะ เทากับ 0 ตรงกับคําสั่ง !SAVD ON/OFF Delete data file : ปุมลบแฟมขอมูล stampdat.txt เมื่อกดเลือก จะปรากฏไดอะล็อกบ็อกสอบ ถามวายืนยันจะลบไฟลนีหรื ้ อไม

กดปุม Yes เพื่อยืนยันการลบ ถาหากยังคงเลือกชอง Save data to file หลังจากที่กดปุมลบไฟลแลว StampPlot Lite จะสรางไฟล stampdat.txt ขึนใหม ้ ตรงกับคําสั่ง !DELD Time stamp : ชองสําหรับเลือกให StampPlot Lite ทําการบันทึกเวลาทีมี่ การเก็บคาของขอมูล ขอความ โดยคาเวลาทีเก็ ่ บคือ เวลาชัวโมง, ่ นาที และวินาที โดยนับจากการรีเซตครั้งลาสุด ตรงกับ คําสั่ง !TSMP ON/OFF Clear messages : ปุมลบข  อความในชองขอความทีอยู ่ ดานลางของชองกราฟหรือทางขวามือ ของปุม Clear message ตรงกับคําสั่ง !CLRM ชองขอความ

Save messages to file : ชองสําหรับเลือกให StampPlot Lite บันทึกขอความในชองขอความ ลงในแฟมขอมูลกําหนดชือเป ่ น stampmsg.txt ซึ่งอยูในไดเร็กตอรีเดี ่ ยวกับโปรแกรม StampPlot Lite ตรงกับคําสั่ง !SAVM ON/OFF Delete Msg file : ปุมลบแฟ  มขอมูล stampmsg.txt เมือกดเลื ่ อก จะปรากฏไดอะล็อกบ็อกสอบ ถามวา ยืนยันจะลบไฟลนีหรื ้ อไม กดปุม Yes เพือยื ่ นยันการลบ ถาหากยังคงเลือกชอง Save messages to file หลังจากกดปุมลบไฟลแลว StampPlot Lite จะสรางไฟล stampmsg.txt ขึ้นใหม ตรงกับคําสั่ง !DELM

     SCi-B X 156  

7.6.3 บริเวณดานลางของโปรแกรม : สวนกําหนดการเลือนจอภาพแสดงกราฟ ่ X value

X value : ทีช่ องซายสุดและขวาสุดของแกนนอน สามารถกําหนดคาแกนเวลาแบบอิสระจาก ผูใช  งานได โดยการคลิกเมาสเขาไปในชองกําหนดคา แลวเปลียนค ่ าตามทีต่ องการ โดยคาในชองซาย สุดควรนอยกวาชองขวาสุด เมือกํ ่ าหนดคาแลว โปรแกรม StampPlot Lite จะกําหนดสเกลในแนวแกน นอนใหมโดยอัตโนมัติ ตรงกับคําสั่ง !TMIN value และ !TMAX value Scroll bar หรือแถบเลื่อน : เปนแถบสําหรับเลื่อนจอแสดงผลกราฟ โดยตองใชงานรวมกับ ชอง Enable Shift และ Plot data หากไมมีการเลือกที่ชอง Enable Shift และ Ploat data แถบเลื่อนนี้ จะไมสามารถใชงาน Enable Shift : ชองสําหรับเลือกใหสามารถเลือนจอแสดงกราฟได ่ ในกรณีทีมี่ การพล็อตกราฟ ตอเนื่องจนไมสามารถมองเห็นไดจากจอแสดงกราฟตามปกติ ตรงกับคําสั่ง !SHFT ON/OFF Time Span : ปุมปรับเพื่อเพิ่มหรือลดขอบเขตการแสดงคาในแกนนอน 2 เทา โดยคาตําสุ ่ ด ไมเปลียนแปลง ่

     SCi-B X   157

7.6.4 บริเวณดานขวาของโปรแกรม : สวนกําหนดการพล็อตกราฟ

Data Points : ชองกําหนดและแสดงจํานวนขอมูลหรือจุดทีต่ องการเก็บและแสดงกราฟ โดย ในชอง Max ใชกําหนดจํานวนขอมูล คาตังต ้ นของโปรแกรมเทากับ 1000 สวน Current แสดงจํานวน ขอมูลที่เก็บในปจจุบัน ตรงกับคําสั่ง !PNTS value Last Analog Data : ชองแสดงขอมูลแบบอะนาลอกลาสุดทีจั่ ดเก็บและพล็อตกราฟ โดยชอง Time แสดงระยะเวลาของขอมูลแบบอะนาลอกตัวลาสุดที่จัดเก็บหลังจากการรีเซต สวนชอง Value คือคาของขอมูล Plot Pointer : ชองแสดงตําแหนงของเคอรเซอรหรือตัวชีตํ้ าแหนงบนกราฟ โดยระบุตําแหนง ในแนวแกนนอน (Time) และแนวแกนตัง้ (Value) Maximum : ชองแสดงตําแหนงของขอมูลทีมี่ คาสูงสุดบนกราฟ โดยระบุตําแหนงในแนวแกน นอน (Time) และแนวแกนตัง้ (Value) Minimum : ชองแสดงตําแหนงของขอมูบลที่มีคาตําสุ ่ ดบนกราฟ โดยระบุตําแหนงในแนว แกนนอน (Time) และแนวแกนตัง้ (Value) Clear Min/Max : ปุมสํ  าหรับเคลียรหรือลางคาพิกัดสูงสุดและตํ่าสุดของขอมูลที่เก็บได ตรง กับคําสั่ง !CLMM Clear min/max on reset : ชองสําหรับเลือกใหมีการเคลียรหรือลางคาพิกัดสูงสุดและตํ่าสุด ของขอมูลที่เก็บไดในทุกครั้งหลังจากที่มีการรีเซต ตรงกับคําสั่ง !CMMR

     SCi-B X 158  

  

  

เปนตัวอยางการรับสัญญาณไฟฟาจากแผงวงจรตรวจจับแสง (LDR Light sensor) ทีป่ อนเขามายัง SCiBOX ผานทางจุดตอ SENSOR0 แลวนําไปแสดงบนคอมพิวเตอรในรูปของกราฟ โดยใชโปรแกรม StampPlot Lite

ขันตอนการทดลอง ้ (1) ตอสายสัญญาณ JST3AA-8 ระหวางแผงวงจรตรวจจับแสง ZX-LDR ทีช่ อง + แบบใหแรงดันเพิมขึ ่ ้นเมื่อไดรับแสงกับแผงวงจร SCi-BOX ทีจุ่ ดตอ SENSOR0

ซึงเป ่ นชองเอาตพุต

   HEAT SINK POWER

SENSOR7 SENSOR6

Co-processor

SENSOR5

P13 : A/D

SCi-BOX i-Stamp2P24

ADC

BASIC Stamp in Science Experiment

RESET

SENSOR4

ADC Co-processor

P12 SOUND

SENSOR3

P11 P10

P2 P1

SENSOR1 SENSOR0

MOTOR P14, P15 : STEPPER MOTOR CONTROL

SENSOR2

RELAY Stepper motor Co-processor

ZX-LDR

อยาสัมผัสแผนระบายความรอน ขณะทํางาน !!!!!

SERIAL PORT

DC. IN 6-16V

RELAY 12V 5A

STEPPER MOTOR1 STEPPER MOTOR2

P11 RELAY P10 RELAY

P9 RELAY

P8 RELAY

MOTOR A

INV-A

INV-B

P8-P9 MotorA P10-P11 MotorB

Don't Touch !! High temperature

     SCi-B X   159

(2) เปดโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรแลวเขียนโปรแกรมตอไปนี้ '{$STAMP BS2p} '{$PBASIC 2.5} '************************************************ ' File : ACT29.BSP ' Purpose : Light meter show by StampPlot Lite ' Hardware : Connect Light (LDR) at SENSOR0 '************************************************ ' System I/O and constant , please do not make change SOUND CON 12 ' On-board speaker SD CON 13 ' Sci-BOX serial communication port BAUD CON 240 ' 9600bps constant ' Variable defined LIGHT VAR Word PAUSE DEBUG DEBUG DEBUG DEBUG

1000 "!SPAN 0,1000",CR "!TSMP ON",CR "!TMAX 60",CR "!RSET",CR

' VALUE as SENSOR0 variable ' ' ' ' '

Delay 1s. for pheripheral initialize Span the analog range Time Stamp the messages Set plot to 60 seconds max Reset the plot

LOOP1: LOW SD : PAUSE 1 : HIGH SD ' Break signal SEROUT SD,BAUD,[0] ' Request SENSOR0 SERIN SD,BAUD,[LIGHT.LOWBYTE,LIGHT.HIGHBYTE] ' Received data 2 bytes to 1 word DEBUG DEC LIGHT, CR ' Plot analog value of X ' Change the User Status message. DEBUG "!USRS The value of LIGHT is ", DEC LIGHT, CR PAUSE 200 ' Short pause GOTO LOOP1 ' Restart

     SCi-B X 160  

(3) ตอ SCi-BOX เขากับพอรตอนุกรมของคอมพิวเตอร (4) กดปุม RUN ของโปรแกรมเบสิกแสตมปเอดิเตอรเพือดาวน ่ โหลดและรันโปรแกรม (5) จะปรากฏหนาตาง Debug Terminal ขึ้น ใหปดลง แลวเปดโปรแกรม StampPlot Lite (6) คลิกเลือกชอง Connect และ Plot data ในหนาตางของโปรแกรม StampPlot Lite (7) แลวกดสวิตช RESET ที่ SCi-BOX และปุม Reset ในหนาตางของโปรแกรม StampPlot Lite (8) ทดลองเอามือบังแสงทีตกกระทบแผงวงจรตรวจจั ่ บแสง และเอามือออกเพือทํ ่ าใหเกิดภาวะการรับแสงทีแตกต ่ าง กันของแผงวงจรตรวจจับแสง สังเกตการแสดงผลทีช่ องแสดงกราฟของโปรแกรม StampPlot Lite

ในรูปที่ A29-1 แสดงตัวอยางการแสดงผลการตรวจจับแสงของแผงวงจรตรวจจับแสงและ SCi-BOX ดวยโปรแกรม StampPlot Lite

INNOVATIVE EXPERIMENT