การทดลองที่ 5.4

การทดลองที่ 5.4 

การเชื่อมต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์ด้วยแสง 

วัตถุประสงค์ 

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง เช่น เบอร์ PC817 
• ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ชนิดนี้ร่วมกบับอร์ด Arduino และใช้ควบคุมการจ่ายกระแสให้โหลด 

รายการอุปกรณ์ 

• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                            1 อัน 
• อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง PC817                  1 ตัว 
• ไดโอดเปล่งแสงสีแดงหรือสีเขียว                  1 ตัว 
• ตัวต้านทาน 220Ω หรือ 330Ω                      1 ตัว 
• ทรานซิสเตอร์ NPN เบอร์ PN2222A             1 ตัว 
• ตัวต้านทาน 1kΩ                                        1 ตัว 
• ตัวต้านทาน 4.7kΩ                                     1 ตัว 
• ตัวต้านทาน 10kΩ                                      1 ตัว 
• ตัวต้านทานปรับค่าได้ 10kΩ หรือ 20kΩ          1 ตัว 
• ไดโอด 1N400x                                         1 ตัว 
• มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเล็ก                 1 ตัว * 
• สายไฟสําหรับต่อวงจร                                 1 ชุด 
• มัลติมิเตอร์                                               1 เครื่อง 
• แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม                              1 เครื่อง 
• ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล                          1 เครื่อง 

ขั้นตอนการทดลอง 

   1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามรูปที่ 5.4.1 ให้สงัเกตว่า ในผังวงจรมี GND1 และ GND2 แยกกันซึ่ง จะต้องไม่นํามาต่อเขา้ด้วยกันโดยเด็ดขาด 

   2. ให้ใช้แรงดันไฟเลี้ยง +5V และ GND1 ให้ใช้จากบอร์ด Arduino แต่สําหรับ +9V และ GND2  ให้ใช้จากแหลง่จ่ายแรงดันควบคุม 

   3. เขียนโค้ด Arduino โดยสร้างสัญญาณแบบ PWM โดยใช้คําสั่ง analogWrite() เพื่อสร้างสัญญาณ เอาต์พุตที่ขา D5 โดยปรับค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตตามค่าที่อ่านได้จากตัวต้านทาน ปรับค่าได้ ซึ่งต่อเป็นอินพุตที่ขา A1 

   4. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณที่ขา E ของ PC817 เทียบกับ GND2 แล้วทดลองหมุนปรับที่ ตัวต้านทานปรับค่าได้ เพื่อปรับค่า Duty Cycle เป็น 0% 25% 50% และ 100% ตามลําดับ  บันทึกรูปคลื่นสัญญาณที่ได้ในแต่ละกรณี  

   5. ทดลองเปลี่ยนจาก LED และตัวต้านทาน เป็นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเล็ก (ปรับแรงดันไฟเลี้ยง จาก +9V ให้เป็นแรงดันไฟเลี้ยงที่เหมาะสมกับมอเตอร์ไฟฟ้า +VM) โดยต่อวงจรตามรูปที่ 5.4.2 และ ทดลองปรับค่า Duty Cycle 

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

รูปที่ 5.4.1: ผังวงจรสําหรับต่อทดลอง 

รูปที่ 5.4.2: ผังวงจรสําหรับต่อทดลอง

วงจรการทดลอง

วงจร 5.4.1

วงจร 5.4.2

ผลการทดลอง

Duty Cycle = 0

รูปการทดลอง 5.4.1

รูปการทดลองที่ 5.4.2

Duty Cycle = 25

รูปการทดลอง 5.4.1

รูปการทดลองที่ 5.4.2

Duty Cycle = 50

รูปการทดลอง 5.4.1

รูปการทดลองที่ 5.4.2

Duty Cycle = 100

รูปการทดลอง 5.4.1

รูปการทดลองที่ 5.4.2

การทดลองที่ 5.2

การทดลองที่ 5.2 

การตรวจจับวัตถุในระยะใกล้ด้วยแสงอินฟราเรด

 วัตถุประสงค์ 

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไดโอดเปล่งแสงอนิฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ 
• 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 (มีขั้ว) 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 ให้ใชแ้รงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd  จากบอร์ด Arduino เท่านั้น 

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

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

Code

void setup(){  pinMode(A1,INPUT); // A1 INPUT เข้าจากวงจร pinMode(5,OUTPUT); // D5 OUTPUT แสดงผลผ่านหลอด LED Serial.begin(9600); // สร้างหน้าต่าง Serial digitalWrite(5,0); // สั่งให้หลอด LED ดับ } void loop(){ long int inA=analogRead(A1); // อ่านค่าจากวงจร ขา A1 เก็บไว้ในตัวแปร inA         Serial.println(inA); // แสดงผลจากค่าที่อ่านได้จาก ขา A1         if(inA<=630){ // ส่วนกำหนดการทำงานของหลอด LED digitalWrite(5,1); // หลอด LED ติด delay(inA);                 digitalWrite(5,0); // หลอด LED ดับ }   delay(100); }

รูปแบบวงจร

วงจรที่ใช้ทดลอง

ผลการทดลอง

ผลลัพธ์เมื่อจ่ายไฟเข้าวงจร

ผลจากการทดลองเมื่อนำกระดาษสีขาวเข้าใกล้โฟโต้ทรานซิสเตอร์และแสดงผลผ่านหลอด LED

ผลจากการทดลองเมื่อนำกล่งเครื่องมือข้าใกล้โฟโต้ทรานซิสเตอร์และแสดงผลผ่านหลอด LED

คําถามท้ายการทดลอง

1. ในการทดลอง ถ้าใช้วัตถุต่างสีกัน จะมีผลต่อการทํางานของวงจรที่แตกต่างกันหรือไม่ จงอธิบาย 

จากการทดลองข้างร่างจะเห็นว่า เมื่อใช้กระดาษสี ดำ ไฟที่หลอด LED จะไม่กระพริบ แต่ถ้าใช้กระดาษสีขาว ไฟที่หลอด LED จะกระพริบ ดังนั้น เมื่อวัตถุสีต่างกัน จะมีผลต่อการทำงานของวงจร