ตัวอย่างArduino

ตัวอย่างการใช้งาน Arduino + Relay Module

ควบคุมการปิดเปิดเครื่องใช้ไฟฟ้า

    

         รีเลย์ (Relay) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดหนึ่ง ซึ่งทำหน้าที่ตัดต่อวงจรแบบเดียวกับสวิตช์ โดยควบคุมการทำงานด้วยไฟฟ้า Relay มีหลายประเภท ตั้งแต่ Relay ขนาดเล็กที่ใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป จนถึง Relay ขนาดใหญ่ที่ใช้ในงานไฟฟ้าแรงสูง โดยมีรูปร่างหน้าตาแตกต่างกันออกไป แต่มีหลักการทำงานที่คล้ายคลึงกัน สำหรับการนำ Relay ไปใช้งาน จะใช้ในการตัดต่อวงจร ทั้งนี้ Relay ยังสามารถเลือกใช้งานได้หลากหลายรูปแบบ

 สัญลักษณ์ในวงจรไฟฟ้าของรีเลย์

ภายใน Relay จะประกอบไปด้วยขดลวดและหน้าสัมผัส 

         หน้าสัมผัส NC (Normally Close) เป็นหน้าสัมผัสปกติปิด โดยในสภาวะปกติหน้าสัมผัสนี้จะต่อเข้ากับขา COM (Common) และจะลอยหรือไม่สัมผัสกันเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวด
         หน้าสัมผัส NO (Normally Open) เป็นหน้าสัมผัสปกติเปิด โดยในสภาวะปกติจะลอยอยู่ ไม่ถูกต่อกับขา COM (Common) แต่จะเชื่อมต่อกันเมื่อมีกระแสไฟไหลผ่านขดลวด
         ขา COM (Common) เป็นขาที่ถูกใช้งานร่วมกันระหว่าง NC และ NO ขึ้นอยู่กับว่า ขณะนั้นมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดหรือไม่ หน้าสัมผัสใน Relay 1 ตัวอาจมีมากกว่า 1 ชุด ขึ้นอยู่กับผู้ผลิตและลักษณะของงานที่ถูกนำไปใช้ จำนวนหน้าสัมผัสถูกแบ่งออกดังนี้
         สวิตช์จะถูกแยกประเภทตามจำนวน Pole และจำนวน Throw ซึ่งจำนวน Pole (SP-Single Pole, DP-Double Pole, 3P-Triple Pole, etc.) จะบอกถึงจำนวนวงจรที่ทำการเปิด-ปิด หรือ จำนวนของขา COM นั่นเอง และจำนวน Throw (ST, DT) จะบอกถึงจำนวนของตัวเลือกของ Pole ตัวอย่างเช่น SPST- Single Pole Single Throw สวิตช์จะสามารถเลือกได้เพียงอย่างเดียวโดยจะเป็นปกติเปิด (NO-Normally Open) หรือปกติปิด (NC-Normally Close) แต่ถ้าเป็น SPDT- Single Pole Double Throw สวิตช์จะมีหนึ่งคู่เป็นปกติเปิด (NO) และอีกหนึ่งคู่เป็นปกติปิดเสมอ (NC) ดังรูปด้านล่าง

                      

SPST คือ Single Pole Single Throw                      DPST คือ Double Pole Single Throw
SPDT คือ Single Pole Double Throw                      DPDT คือ Double Pole Double Throw

          จากส่วนประกอบข้างต้นที่ได้กล่าวไป ในบทความนี้เราจะใช้งาน Relay แบบ SPDT (Single Pole Double Throw) หลักการทำงานของ Relay นั้น ในส่วนของขดลวด เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน จะทำให้ขดลวดเกิดการเหนี่ยวนำและทำหน้าที่เสมือนแม่เหล็กไฟฟ้า ส่งผลให้ขา COM ที่เชื่อมต่ออยู่กับหน้าสัมผัส NC (ในสภาวะที่ยังไม่เกิดการเหนี่ยวนำ) ย้ายกลับเชื่อมต่อกับหน้าสัมผัส NO แทน และปล่อยให้ขา NC ลอย เมื่อมองที่ขา NC กับ COM และ NO กับ COM แล้วจะเห็นว่ามีการทำงานติด-ดับลักษณะคล้ายการทำงานของสวิชต์ เราสามารถอาศัยคุณสมบัตินี้ไปประยุกต์ใช้งานได้ 
          ในบทความนี้ เราจะกล่าวถึงวิธีการนำ Relay Module ไปประยุกต์ใช้งานจริง แต่ก่อนอื่นเรามาดูวิธีอ่านคุณสมบัติของ Relay ว่าสามารถรองรับการทำงานที่แรงดันและกระแสไฟฟ้าเท่าไร ใช้แรงดันไฟฟ้าในการทำงานอย่างไรก่อนนะครับ 

1. ยี่ห้อ รุ่นของผู้ผลิต (แบรนด์) รวมถึงสัญลักษณ์มาตรฐานต่างๆ
2. รายละเอียดของไฟฟ้ากระแสสลับที่รองรับการทำงานได้ (VAC)
3. รายละเอียดของไฟฟ้ากระแสตรงที่รองรับการทำงานได้ (VDC)
4. โมเดล ระดับแรงดันฝั่งขดลวด ชนิดและโครงสร้าง และข้อมูลด้าน Coil Sensitivity
คุณสมบัติแบบละเอียด ดูได้จากตารางด้านล่างนี้

          จากตาราง สามารถสรุปได้ว่าเป็น Relay ยี่ห้อ Songle โมเดล SRD รองรับการทำงานแรงดันกระแสสลับที่ 250V@10A หรือ 125V@10A รองรับแรงดันกระแสตรงที่ 28VDC@10A ฝั่งขดลวดทำงานด้วยแรงดัน 5V โครงสร้างตัว Relay เป็นแบบซีลด์ มีค่าความไวขดลวดที่ 0.36W หน้าสัมผัสเป็นรูปแบบ 1 from C

          หน้าสัมผัสแบบ A (Form A) หมายถึง หน้าสัมผัสของ Relay ในสภาพปกติจะเปิดอยู่ (Normally open) และหน้าสัมผัสเป็นแบบ SPST ถ้าจะเขียนเป็นสัญลักษณ์ได้คือ

          หน้าสัมผัสแบบ B (Form B) หมายถึง หน้าสัมผัสของ Relay ในสภาพปกติจะปิด (Normally close) และเป็นแบบ SPST เขียนเป็นสัญลักษณ์ได้คือ

          หน้าสัมผัสแบบ C (Form C) แบบนี้เรียกว่า "break, make หรือ transfer" เป็นหน้าสัมผัสแบบ SPDT เขียนสัญลักษณ์ได้ดังนี้ 

          หน้าสัมผัสแบบ C จะมีอยู่ด้วยกัน 3 ขา ในขณะที่ Relay ยังไม่ทำงาน หน้าสัมผัส 1 และ 2 จะต่อกันอยู่ เมื่อ Relay ทำงานหน้าสัมผัส 1 และ 2 จะแยกกัน จากนั้นหน้าสัมผัส 1 จะมาต่อกับหน้าสัมผัส 3 แทน พอ Relay หยุดทำงานหน้าสัมผัส 1 กับ 2 ก็จะกลับมาต่อกันตามเดิม

          หลังจากที่เราทราบคุณสมบัติของ Relay กันไปแล้ว ในบทความนี้เราจะยกตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานโดยใช้ Relay โดยจะใช้ Relay Module 4 Channels แบบ OPTO-ISOLATED ดังภาพ

Relay Module 4 Channels

           Relay Module 4 Channels มีเอาต์พุตคอนเน็คเตอร์ที่ Relay เป็น NO/COM/NC สามารถใช้กับโหลดได้ทั้งแรงดันไฟฟ้า DC และ AC โดยใช้สัญญาณในการควบคุมการทํางานด้วยสัญญาณโลจิก TTL

คุณสมบัติ (Features) 
• รีเลย์เอาต์พุตแบบ SPDT จํานวน 4 ช่อง 
• สั่งงานด้วยระดับแรงดัน TTL 
• CONTACT OUTPUT ของรีเลย์รับแรงดันได้สูงสุด 250 VAC 10 A, 30 VDC 10 A 
• มี LED แสดงสถานะ การทํางานของรีเลย์และแสดงสถานะของบอร์ด 
• มีจัมพ์เปอร์สําหรับเลือกว่าจะใช้กราวด์ร่วมหรือแยก 
• มี OPTO-ISOLATED เพื่อแยกกราวด์ส่วนของสัญญาณควบคุมกับไฟฟ้าที่ขับรีเลย์ออกจากกัน

ขาสัญญาณ (Pin Definition)

 

ภาพและตารางแสดงขาที่ใช้ในการเชื่อมต่อของ Relay Module 4 Channels

          ในบทความนี้ เราจะยกตัวอย่างการนำ Relay Module 4 Channels ไปใช้งาน โดยมีไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino UNO R3ในการควบคุมการสั่งงาน จะยกตัวอย่างการประยุกต์ใช้งาน 2 ตัวอย่างคือ ตัวอย่างที่1 ควบคุมมอเตอร์ DC ให้หมุนได้ทั้งซ้าย-ขวา โดยไม่ต้องการคุมความเร็วรอบ และตัวอย่างที่2 ควบคุมการปิด-เปิดเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ 220 VAC 

      ตัวอย่างที่1 ควบคุมมอเตอร์ให้หมุนได้ทั้งซ้าย-ขวา โดยไม่ต้องการคุมความเร็วรอบ

   

มอเตอร์หมุนขวา                                                          มอเตอร์หมุนซ้าย 

          จากวงจรนี้ เราจะเห็นได้ว่าในการจะควบคุมให้มอเตอร์หมุนไปกลับ หรือ ซ้าย-ขวา นั้นจะต้องใช้ Relay 2 ตัวในการควบคุม วิธีการต่อวงจรเป็นดังนี้ 

• นำขั้ว + ของมอเตอร์ต่อเข้ากับขา COM ของรีเลย์ตัวที่ 1
• นำขั้ว – ของมอเตอร์ต่อเข้ากับขา COM ของรีเลย์ตัวที่ 2
• นำขา NC ของรีเลย์ทั้ง 2 ตัว ต่อเข้ากับไฟลบ (GND)
• นำขา NO ของรีเลย์ทั้ง 2 ตัว ต่อเข้ากับไฟบวก (+5VDC)
วิธีต่อใช้งานจริงตามภาพด้านล่างนี้ โดยมีอุปกรณ์ดังนี้ Arduino + Relay Module + DC Motor

ภาพแสดงการต่อใช้งาน Arduino + Relay Module + Motor

           หลักการการทำงานคือ มีบอร์ด Arduino UNO R3 ในการรับข้อมูลจากคอมพิวเตอร์สื่อสารผ่านพอร์ต Serial แล้วนำค่าที่ได้ไปตรวจสอบว่าตรงกับค่าที่กำหนดไว้หรือไม่ ถ้าตรงกันก็สั่งให้ Relay ทำงานตามที่เราต้องการ 
     ตัวอย่างโค้ดโปรแกรม

#define R 13 //กำหนดขาที่นำไปต่อกับรีเลย์

#define L 12
char test ; //สร้างตัวแปรไว้สำหรับรอรับข้อมูล
void setup() 
{
// Open serial communications and wait for port to open:
Serial.begin(9600);
pinMode(R, OUTPUT); // กำหนดโหมดให้เป็น Output
pinMode(L, OUTPUT);
}
void loop() // run over and over
{
if (Serial.available()) // ตรวจสอบว่ามีข้อมูลเข้ามาหรือไม่
test = Serial.read();
else if (test == '1') // ถ้าข้อมูลที่เข้ามาคือ 1, 2, 3 ให้ทำงานตามที่กำหนด
{
digitalWrite(R, HIGH);
digitalWrite(L, LOW);
else if (test == '2')
{
digitalWrite(L, HIGH);
digitalWrite(R, LOW);
}
else if (test == '3')
{
digitalWrite(L, LOW);
digitalWrite(R, LOW);
}
}

      ขั้นตอนการทดสอบ
1. ดาวน์โหลดโปรแกรมสำหรับส่งข้อมูลผ่าน Serial (ในบทความนี้ใช้โปรแกรม Terminal.exe) 
2. เปิดโปรแกรม Arduino นำโค้ดตัวอย่างด้านบน ไปรันและอัพโหลดไปยัง Arduino UNO R3
3. เปิดโปรแกรม Terminal.exe เลือก Com Port และกำหนดความเร็วในการรับส่งข้อมูล จากนั้นกดปุ่ม Connect 

4. ทำการส่งข้อมูลให้ Arduino โดยพิมพ์ข้อความลงในช่องด้านล่างของโปรแกรม

a. ข้อมูลที่กำหนดไว้คือ 1 = หมุนขวา, 2 = หมุนซ้าย, 3 = หยุดหมุน

        ตัวอย่างที่2 ควบคุมการปิด-เปิดเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ 220 VAC  

     วิธีการเชื่อมต่อ

    สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)
• ต่อไฟเส้นที่ 1 จากแหล่งจ่ายไฟไปยังอุปกรณ์ที่ขั้วลบ (ถ้ามีแจ้งไว้ ถ้าไม่มีก็ใช้ขั้วใดก็ได้)
• ต่อไฟเส้นที่ 2 จากแหล่งจ่ายไฟเข้าขา NO ของรีเลย์
• ต่อสายจากขา COM ของรีเลย์ไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าขั้วที่เหลือ
    สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้ากระแสตรง (DC)
• ต่อไฟลบหรือ GND ไปยังอุปกณ์ไฟฟ้าเข้าที่ขั้วลบหรือ GND
• ต่อไฟบวกหรือ VCC ไปยังขา NO ของรีเลย์
• ต่อสายจากขา COM ของรีเลย์ไฟยังอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ขั้วบวก

         ในการทดสอบนี้ เราจะใช้บอร์ดคอนโทรลเลอร์ Arduino UNO R3 หลักการการทำงานมีดังนี้ รับข้อมูลจากคอมพิวเตอร์สื่อสารผ่านพอร์ต Serial แล้วนำข้อมูลที่ได้ไปตรวจสอบว่าตรงกับค่าที่กำหนดไว้หรือไม่ ถ้าตรงก็สั่งให้รีเลย์ทำงานตามที่เราต้องการ

           ตัวอย่างโค้ดโปรแกรม 

#define Lamp1 12 //กำหนดขาที่นำไปต่อกับรีเลย์
char test ; //สร้างตัวแปรไว้สำหรับรอรับข้อมูล
void setup() 
{
// Open serial communications and wait for port to open:
Serial.begin(9600);
pinMode(Lamp1, OUTPUT); //กำหนดโหมดให้เป็น Output
}
void loop() // run over and over
{
if (Serial.available()) // ตรวจสอบว่ามีข้อมูลเข้ามาหรือไม่
test = Serial.read();
else if (test == '1') //ถ้าข้อมูลที่เข้ามาคือ 1 , 3 ให้ทำงานตามที่กำหนด
{
digitalWrite(Lamp1, HIGH);
}
else if (test == '3')
{
digitalWrite(Lamp1, LOW);
}
}

          ขั้นตอนการทดสอบ

1. ดาวน์โหลดโปรแกรมสำหรับส่งข้อมูลผ่าน Serial (ในบทความนี้ใช้โปรแกรม Terminal.exe) 

2. เปิดโปรแกรม Arduino นำโค้ดตัวอย่างด้านบนไปรันและอัพโหลดไปยัง Arduino UNO R3
3. เปิดโปรแกรม Terminal.exe เลือก Com Port และกำหนดความเร็วในการรับส่งข้อมูล จากนั้นกดปุ่ม Connect

4. ทำการส่งข้อมูลให้ Arduino โดยพิมพ์ข้อความลงในช่องด้านล่างของโปรแกรม
a. ข้อมูลที่กำหนดไว้คือ 1 = เปิดไฟ, 3 = ปิดไฟ

           เเหล่งอ้างอิง

http://electronics.se-ed.com/contents/035s095/035s095_p02.asp
http://www.baantech.com/product.php?catid=16

การเขียนโปรแกรมเบื้องต้นกับ Arduino C++ (การ interrupt)

  interrupt คือการขั้นจังหวะ ของโปรแกรมครับ ปกติโปรแกรม Arduino จะทำใน vold loop ตลอดเวลาครับ แต่เราสามารถขั้นจังหวะมันให้ไปทำอย่างอื่นก่อนก็ได้ครับ เหมือนเรา กำลังนั่งดูทีวีอยู่แล้ว มีคนมากดกริ่งหน้าบ้าน เราก็ออกไปเปิดประตูให้ แล้วก็กลับมานั่งดูทีวีต่อ 

Arduino แต่ละรุ่นมี interrupt ไม่เหมือนกันนะครับ ดูรายละเอียดตามตารางนี้ได้เลยครับ

Board	int.0	int.1	int.2	int.3	int.4	int.5
Uno, Ethernet	2	3
Mega2560	2	3	21	20	19	18
Leonardo	3	2	0	1	7
Due	(see below)

ผมจะยกตัวอย่างการ interrupt ของ Arduino UNO R3 นะครับ

ตัวอย่างCode

int pin = 13;

volatile int state = LOW;

void setup()

{

  Serial.begin(9600);

  pinMode(pin, OUTPUT);

//CHANGE  changes value

// RISING  form low to high .

// FALLING form high to low.

  attachInterrupt(1, blink, RISING);

}

void loop()

{

  digitalWrite(pin, state);

}

void blink()

{

  Serial.println("Interrupt");

  state = !state;

}

บทความ Arduino คืออะไร? ตอนที่1 แนะนำArduino

Arduino คืออะไร

         Arduino อ่านว่า (อา-ดู-อิ-โน่ หรือ อาดุยโน่) เป็นบอร์ดไมโครคอนโทรเลอร์ตระกูล AVR ที่มีการพัฒนาแบบ Open Sourceคือมีการเปิดเผยข้อมูลทั้งด้าน Hardware และ Software ตัว บอร์ด Arduino ถูกออกแบบมาให้ใช้งานได้ง่าย ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นศึกษา ทั้งนี้ผู้ใช้งานยังสามารถดัดแปลง เพิ่มเติม พัฒนาต่อยอดทั้งตัวบอร์ด หรือโปรแกรมต่อได้อีกด้วย

         ความง่ายของบอร์ด Arduino ในการต่ออุปกรณ์เสริมต่างๆ คือผู้ใช้งานสามารถต่อวงจรอิเล็กทรอนิคส์จากภายนอกแล้วเชื่อมต่อเข้ามาที่ขา I/O ของบอร์ด (ดูตัวอย่างรูปที่ 1) หรือเพื่อความสะดวกสามารถเลือกต่อกับบอร์ดเสริม (Arduino Shield) ประเภทต่างๆ (ดูตัวอย่างรูปที่ 2) เช่น Arduino XBee Shield, Arduino Music Shield, Arduino Relay Shield, Arduino Wireless Shield, Arduino GPRS Shield เป็นต้น มาเสียบกับบอร์ดบนบอร์ด Arduino แล้วเขียนโปรแกรมพัฒนาต่อได้เลย

จุดเด่นที่ทำให้บอร์ด Arduino เป็นที่นิยม

• ง่ายต่อการพัฒนา มีรูปแบบคำสั่งพื้นฐาน ไม่ซับซ้อนเหมาะสำหรับผู้เริ่มต้น
• มี Arduino Community กลุ่มคนที่ร่วมกันพัฒนาที่แข็งแรง 
• Open Hardware ทำให้ผู้ใช้สามารถนำบอร์ดไปต่อยอดใช้งานได้หลายด้าน
• ราคาไม่แพง
• Cross Platform สามารถพัฒนาโปรแกรมบน OS ใดก็ได้ 

รูปแบบการเขียนโปรแกรมบน Arduino

1. เขียนโปรแกรมบนคอมพิวเตอร์ ผ่านทางโปรแกรม ArduinoIDE ซึ่งสามารถดาวน์โหลดได้จาก Arduino.cc/en/main/software
2. หลังจากที่เขียนโค้ดโปรแกรมเรียบร้อยแล้ว ให้ผู้ใช้งานเลือกรุ่นบอร์ด Arduino ที่ใช้และหมายเลข Com port 

เลือกรุ่นบอร์ด Arduino ที่ต้องการ upload

Comport ของบอร์ด

3. กดปุ่ม Verify เพื่อตรวจสอบความถูกต้องและ Compile โค้ดโปรแกรม จากนั้นกดปุ่ม Upload โค้ด โปรแกรมไปยังบอร์ด Arduinoผ่านทางสาย USB เมื่ออับโหลดเรียบร้อยแล้ว จะแสดงข้อความแถบข้างล่าง “Done uploading” และบอร์ดจะเริ่มทำงานตามที่เขียนโปรแกรมไว้ได้ทันที

 ขาต่างๆของ Arduino UNO R3

1.USBPort: ใช้สำหรับต่อกับ Computer เพื่ออับโหลดโปรแกรมเข้า MCU และจ่ายไฟให้กับบอร์ด

2.Reset Button: เป็นปุ่ม Reset ใช้กดเมื่อต้องการให้ MCU เริ่มการทำงานใหม่

3.ICSP Port ของ Atmega16U2 เป็นพอร์ตที่ใช้โปรแกรม Visual Com port บน Atmega16U2

4. I/OPort:Digital I/O ตั้งแต่ขา D0 ถึง D13 นอกจากนี้ บาง Pin จะทำหน้าที่อื่นๆ เพิ่มเติมด้วย เช่น Pin0,1 เป็นขา Tx,Rx Serial, Pin3,5,6,9,10 และ 11 เป็นขา PWM  

5.ICSP Port: Atmega328 เป็นพอร์ตที่ใช้โปรแกรม Bootloader

6. MCU: Atmega328 เป็น MCU ที่ใช้บนบอร์ด Arduino

7. I/OPort: นอกจากจะเป็น Digital I/O แล้ว ยังเปลี่ยนเป็น ช่องรับสัญญาณอนาล็อก ตั้งแต่ขา A0-A5

8.Power Port: ไฟเลี้ยงของบอร์ดเมื่อต้องการจ่ายไฟให้กับวงจรภายนอก ประกอบด้วยขาไฟเลี้ยง +3.3 V, +5V, GND, V_in

9. Power Jack: รับไฟจาก Adapter โดยที่แรงดันอยู่ระหว่าง 7-12 V 

10. MCU ของ Atmega16U2 เป็น MCU ที่ทำหน้าที่เป็น USB to Serial โดย Atmega328 จะติดต่อกับ Computer ผ่านAtmega16U2