RGB LED strips

ผลการทดลอง

PWM

push_botton

การทดลองที่ 5.3

การทดลองที่ 5.3
การต่อวงจรสวิตช์ควบคุมด้วยแสง 

วัตถุประสงค์ 

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้อุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง (Opto-Interrupter) เช่น เบอร์ H21A1 
• ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ชนิดนี้ร่วมกบับอร์ด Arduino  

รายการอุปกรณ์ 

       แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                    1 อัน 

       อุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง H21A1 หรือ TCST2202      1 ตัว 

       ไดโอดเปล่งแสงสีแดงหรือสีเขียว                                       1 ตัว 

       ตัวต้านทาน 220Ω                                                                1 ตัว 

       ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω                                              1 ตัว 

       ตัวต้านทาน 10kΩ                                                                1 ตัว 

       บัซเซอร์แบบเปียโซ (Piezo Buzzer)                                    1 ตัว 

       สายไฟสําหรับต่อวงจร                                                        1 ชุด

       มัลติมิเตอร์                                                                          1 เครื่อง  

ขั้นตอนการทดลอง 

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามรูปที่ 5.3.1 โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง +5V และ GND จากบอร์ด Arduino

2. เขียนโค้ด Arduino เพื่อรับค่าอินพุตแบบดิจิทัลที่ขา D3 (จากสัญญาณ Vout ของวงจรบนเบรด บอร์ด) แล้วสรา้งสัญญาณเอาต์พุตที่ขา D5 เพื่อแสดงค่าของอินพุตที่รับโดยใช้ LED เป็นตัวแสดง สถานะทางลอจิก (ถ้าไม่มีวัตถุมาปิดกั้นช่องรับแสง LED จะต้องไม่ติด)

3. ใช้กระดาษสีดําปิดกั้น (หรือวัตถุอื่น เช่น ไม้บรรทัดเหล็ก) บริเวณช่องรับแสงของอุปกรณ์สวิตช์ ควบคุมด้วยแสง สังเกตความแตกต่างระหว่างกรณีที่มีวัตถุปิดก้ันและไม่มี (เช่น ใช้มัลติมเิตอร์วัด แรงดัน Vout)

4. ทดลองต่อบัซเซอร์แบบเปียโซ (สร้างเสียงเตือน) แทนวงจร LED ในวงจรบนเบรดบอร์ด (โดยนําไปต่อ อนุกรมกับตัวต้านทานขนาด 330Ω และใหส้ังเกตว่า บัซเซอร์แบบเปียโซมีขาบวกและขาลบ)

5. แก้ไขโค้ด Arduino เพื่อนับเวลาตั้งแต่เริ่มนํากระดาษไปปิดกั้นจนถึงเมื่อนํากระดาษออกในแต่ละครั้ง โดยวัดช่วงเวลาเป็นหน่วยมิลลิวินาที (msec) และให้แสดงผลออกทางพอร์ตอนุกรมผ่านทาง Serial Monitor ของ Arduino IDE (ให้ศึกษาการใช้คําสั่ง millis() สําหรับการเขียนโค้ด Arduino)

6. เขียนรายงานการทดลอง ซงึ่ประกอบด้วยคําอธบิายการทดลองตามขั้นตอน ผงัวงจรที่ถูกต้อง ครบถ้วนตามหลักไฟฟา้ (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการตอ่วงจรบน เบรดบอร์ด และตอบคําถามท้ายการทดลอง

คำถามท้ายการทดลอง

1.จากการทดลองพบว่า จะวัดแรงดัน Vout ได้เท่ากับ 0.001 โวลต์ เมื่อไม่มีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสง ของอุปกรณ์ H21A1และจะวัด Vout ได้เท่ากับ 1.73 โวลต์ เมื่อมีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสง ของอุปกรณ์ดังกล่าว

2. ถ้านำกระดาษสีขาวและกระดาษสีดำ ไปปิดกั้นช่องรับแสง ในแต่ละกรณี จะให้ผลการทำงานของ วงจรที่แตกต่างกันหรือไม่ จงอธิบาย

ตอบ ไม่มีผลเนื่องจากวัตถุทั้งสองชนิดที่ใช้เป็นวัตถุทึบแสงทำให้เมื่อนำไปกั้นระหว่างช่องรับแสงแล้วจะทำให้แสงอินฟาเรดไม่สามารถผ่านไปฝั่งรับแสงได้

การทดลองที่ 5.2

 การทดลองที่ 5.2

การตรวจจับวัตถุในระยะใกล้ด้วยแสงอินฟราเรด

วัตถุประสงค์

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์
• ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ทั้งสองชนิดร่วมกับบอร์ด Arduino เพื่อใช้ตรวจจับวัตถุในระยะใกล้

รายการอุปกรณ์

• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                    1 อัน
• ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด                                 1 ตัว
• ไดโอดเปล่งแสงสีแดงหรือสีเขียว                        1 ตัว
• โฟโต้ทรานซิสเตอร์                                             1 ตัว
• ตัวต้านทาน 220Ω                                                1 ตัว
• ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω                              1 ตัว
• ตัวต้านทาน 10kΩ                                                1 ตัว
• ตัวเก็บประจุแบบ Electrolytic 1uF หรือ 10uF      1 ตัว
• สายไฟสำหรับต่อวงจร                                         1 ชุด
• มัลติมิเตอร์                                                           1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ออกแบบวงจร (วาดผังวงจร) โดยใช้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ 1 ชุด พร้อม
ตัวต้านทานตามที่กำหนดให้ แล้วนำสัญญาณเอาต์พุตของวงจรส่วนนี้ ไปต่อเข้าที่ขาอินพุต A1 ของ
บอร์ด Arduino และให้มีวงจรไดโอดเปล่งแสง (LED) พร้อมตัวต้านทานจำกัดกระแส 330Ω หรือ
470Ω ที่ต่อกับขาเอาต์พุต D5 ของบอร์ด Arduino เพื่อใช้เป็นเอาต์พุตในการแสดงผล

2. ต่อวงจรตามผังวงจรที่ได้วาดไว้บนเบรดบอร์ด ให้ใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd
จากบอร์ด Arduino เท่านั้น

3. เขียนโค้ดสำหรับ Arduino ให้แสดงพฤติกรรมดังนี้ เมื่อมีวัตถุเข้าใกล้ (อยู่เหนือ) ตัวส่งและตัวรับแสง
อินฟราเรดของวงจร (เช่น ที่ระยะห่างประมาณ 10 cm หรือน้อยกว่า) จะทำให้ LED เริ่มกระพริบ
ด้วยความถี่ต่ำ (อย่างช้าๆ) แต่ถ้าวัตถุเข้าใกล้มากขึ้น LED จะกระพริบด้วยความถี่สูงขึ้น แต่ถ้าไม่มี
วัตถุอยู่ในระยะใกล้ LED จะต้องไม่ติด (ไม่กระพริบ) ให้ทดลองกับวัตถุต่างสีกัน เช่น สีขาวและสีดำ

4. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง
ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน
เบรดบอร์ด และตอบคำถามท้ายการทดลอง

คำถามท้ายการทดลอง

1. ในการทดลอง ถ้าใช้วัตถุต่างสีกัน จะมีผลต่อการทำงานของวงจรที่แตกต่างกันหรือไม่ จงอธิบาย

-แตกต่างกันแพราะวัตถุสีขาวจะสะท้อนแสงออกมาทำให้โฟโต้ทรานซิสเตอร์ได้รับแสงมากกว่าสีดำ ในขณะที่วัตถุสีน้ำนั้นจะดูดกลืนแสงทำให้เมื่อนำวัตถุดำไปใกล้โฟโต้ทรานซิสเตอร์จะทำให้ได้รับแสงน้อยกว่าวัตถุสีขาว

การทดลองที่ 4.6

การทดลองที่ 4.6

การวัดแรงดันอินพุต-แอนะล็อกและการแสดงค่าโดยใช้ 7-Segment

วัตถุประสงค์

•    ฝึกต่อวงจรและเขียนโปรแกรมสำหรับบอร์ด Arduino เพื่อวัดแรงดันอินพุต-แอนะล็อกและแสดงค่าที่ได้ผ่านทาง 7-Segment Display

รายการอุปกรณ์

·       แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด) 1 อัน

·       บอร์ด Arduino (ใช้แรงดัน +5V) 1 บอร์ด

·       ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา 10kΩ หรือ 20kΩ 1 ตัว

·       7-Segment Display แบบ 2 ตัวเลข (Common-Cathode) 1 ตัว

·       ทรานซิสเตอร์ NPN (เช่น PN2222A) 2 ตัว

·       ตัวต้านทาน 1kΩ 2 ตัว

·       ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω 8 ตัว

·       สายไฟสำหรับต่อวงจร 1 ชุด

·       มัลติมิเตอร์ 1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ออกแบบวงจร วาดผังวงจร และต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ร่วมกับบอร์ด Arduino เพื่อวัดแรงดันที่ได้

จากวงจรแบ่งแรงดันที่ใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ (แรงดันอยู่ในช่วง 0V ถึง 5V) เช่น ป้อนเข้าที่ขา A0

ของบอร์ด Arduino แล้วนำค่าไปแสดงผลโดยใช้ 7-Segment Display จำนวน 2 หลัก และ

ให้มีทศนิยมเพียงหนึ่งตำแหน่ง เช่น ถ้าวัดแรงดันได้ 2.365V จะแสดงผลเป็น “2.4” ถ้าวัดได้ 2.539V

ให้แสดงผลเป็น “2.5” เป็นต้น และให้ใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd จากบอร์ด Arduino

เท่านั้น 

2. เขียนโค้ดสำหรับ Arduino เพื่ออ่านค่าจากแรงดันอินพุต-แอนะล็อก แล้วนำไปแสดงผลโดยใช้

7-Segment Display ตามที่กล่าวไป (และให้แสดงค่าที่อ่านได้ออกทาง Serial Monitor ด้วย)

และในการเขียนโค้ด ห้ามใช้ตัวแปรหรือตัวเลขแบบ float

3. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง

ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน

เบรดบอร์ด โค้ด Arduino ที่ได้ทดลองจริงพร้อมคำอธิบายโค้ด/การทำงานของโปรแกรม

และตัวอย่างผลที่แสดงบน Serial Monitor (Screen Capture)

การทดลองที่ 4.3

การทดลองที่ 4.3

การต่อวงจรตัวต้านทานไวแสงและตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงของปริมาณแสง

วัตถุประสงค์

·       ฝึกต่อวงจรโดยตัวต้านทานไวแสง (LDR) ร่วมกับไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N และใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงปริมาณแสง

รายการอุปกรณ์

·       แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                             1 อัน

·       ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N                                       1 ตัว

·       ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา ขนาด 10kΩ หรือ 20kΩ       1 ตัว

·       ตัวต้านทานไวแสง                                                                        1 ตัว

·       ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω                                                    1 ตัว

·       ตัวต้านทาน 4.7kΩ                                                                       1 ตัว

·       ตัวต้านทาน 10kΩ                                                1 ตัว

·       ทรานซิสเตอร์ NPN เบอร์ PN2222A                                            1 ตัว

·       สายไฟสำหรับต่อวงจร                                                                 1 ชุด

·       มัลติมิเตอร์                                                                                   1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าความต้านทานของตัวต้านทานไวแสง (LDR) ในสภาวะแสงที่แตกต่างกันในสามระดับ (ปริมาณแสงน้อย ปานกลาง และมาก) แล้วจดบันทึกค่าที่วัดได้ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานเมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน

แสงมาก	แสงปานกลาง	แสงน้อย
3.55kΩ	6.5kΩ	34kΩ

  

2. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.1 แล้ววัดแรงดัน Vx ในสภาวะแสงที่แตกต่างกัน (ปริมาณแสงน้อย ปานกลาง มาก) แล้วจดบันทึกค่าที่วัดได้ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของระดับแรงดันเมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน

แสงมาก	แสงปานกลาง	แสงน้อย
3.856 V	2.973 V	1.211 V

3. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.2 (แบบที่ 1) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gndจากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ และวัดแรงดัน Vref ที่ได้สังเกตสถานะติด/ดับของ LED

-ประมาณ 4 V

4. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.3 (แบบที่ 2) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gndจากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ และวัดแรงดัน Vref ที่ได้สังเกตสถานะติด/ดับของ LED

-ประมาณ 1 V

  

5. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.4 (แบบที่ 3) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง +5V +9V และ Gndจากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ เพื่อให้ LED “สว่าง”เมื่อปริมาณแสงน้อย และให้ LED “ไม่ติด” เมื่อปริมาณแสงมาก

-ประมาณ 1.5 V

6. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้องครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบนเบรดบอร์ด และตอบคำถามท้ายการทดลอง

คำถามท้ายการทดลอง

1. ค่าความต้านทานของ LDR จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน และค่าความต้านทานของ LDR ที่ได้จากการทดลอง จะอยู่ในช่วงใด

-ค่าความต้านทานจะแปรผกผันกับปริมาณแสง คือ เมื่อแสงมากความต้านทานน้อยแสงน้อยความต้านทานมาก ซึ่งค่าความต้านทานที่ได้จากการทดลองนั้นจะอยู่ในช่วง 3.55kΩ-34kΩ

2. สำหรับวงจรแบบที่ 1 และ 2 แรงดัน Vx จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน

(เปลี่ยนจากปริมาณแสงน้อยเป็นปริมาณแสงมาก)

-แบบที่ 1 Vx จะมากขึ้นเมื่อแสงน้อยลง

 แบบที่ 2 Vx จะน้อยลงเมื่อแสงมากขึ้น

3. สำหรับวงจรแบบที่ 3 การปรับค่าโดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ในวงจร  มีผลอย่างไรต่อการติดหรือดับของ LED

-มีผลเนื่องจากตัวต้านทานปรับค่าได้นั้นเป็นตัวเปรียบเทียบแรงดันนั่นเองซึ่งจะทำให้ output ของ LM393 ออกหรือไม่ก็เกิดขึ้นจากแรงดันเทียบกันของทั้ง 2 ขานั่นเอง ซึ่งส่งผลต่อการติดดับของ LED

การจำลองการทำงานของลอจิกเกตพื้นฐานด้วย Arduino

การจำลองการทำงานของลอจิกเกตพื้นฐานด้วย Arduino

จงออกแบบวงจรปุ่มกดและวงจรไดโอดเปล่งแสงบนเบรดบอร์ดนำไปใช้งานร่วมกับบอร์ด Arduino
และเขียนโค้ด Arduino Sketch สำหรับจำลองการทำงานของลอจิกเกตพื้นฐาน ได้แก่ NAND2, NOR2 และXOR2 ตามลำดับ โดยมีข้อกำหนดในการออกแบบและทดลองดังต่อไปนี้

1) ให้ใช้สัญญาณอินพุตแบบดิจิทัลจากวงจรปุ่มกด โดยต่อวงจรแบบ Active-Low จำนวน 2 สัญญาณ
     (A และ B) เพื่อป้อนให้บอร์ด Arduino (เมื่อไม่มีการกดปุ่มใดๆ สัญญาณอินพุต A และ B จะต้องมี
     สถานะลอจิกเป็น HIGH)
2) ให้สร้างสัญญาณเอาต์พุตแบบดิจิทัลด้วยบอร์ด Arduino จำนวน 1 สัญญาณ (O) และนำไปต่อกับ
     วงจร LED เพื่อแสดงสถานะ ถ้า LED “ติด” หมายถึง เอาต์พุตเป็น HIGH และ “ดับ” หมายถึง
     เอาต์พุตเป็น LOW
3) วาดผังการต่อวงจรโดยรวม ให้ครบถ้วนและถูกต้องตามหลักไฟฟ้า ก่อนนำไปใช้ในการต่อวงจรจริง
4) ให้เขียนโค้ด Arduino Sketch สำหรับจำลองการทำงานของลอจิกเกต (NAND2 / NOR2 / XOR2)
     ตามลำดับ
5) ต่อวงจรและทดลองโค้ด Arduino เพื่อทดสอบความถูกต้อง