การต่อวงจรสวิตช์ควบคุมด้วยแสง

การทดลองที่ 5.3 

การต่อวงจรสวิตช์ควบคุมด้วยแสง 

วัตถุประสงค์

1. ฝึกต่อวงจรโดยใช้อุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง (Opto-Interrupter) เช่น เบอร์ H21A1

2. ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ชนิดนี้ร่วมกับบอร์ด Arduino 

รายการอุปกรณ์

• 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
•  แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                              1 อัน
• สายไฟสําหรับต่อวงจร                                                                    1 ชุด
• มัลติมิเตอร์                                                                                      1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

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

ผังวงจรที่ 5.3.1 (แบบ LED)

2.เขียนโค้ด Arduino เพื่อรับค่าอินพุตแบบดิจิทัลที่ขา D3 (จากสัญญาณ Vout ของวงจรบนเบรดบอร์ด) แล้วสร้างสัญญาณเอาต์พุตที่ขา D5 เพื่อแสดงค่าของอินพุตที่รับโดยใช้ LED เป็นตัวแสดง สถานะทางลอจิก (ถ้าไม่มีวัตถุมาปิดกั้นช่องรับแสง LED จะต้องไม่ติด)

3. ใช้กระดาษสีดําปิดกั้น (หรือวัตถุอื่น เช่น ไม้บรรทัดเหล็ก) บริเวณช่องรับแสงของอุปกรณ์สวิตช์ควบคุมด้วยแสง สังเกตความแตกต่างระหว่างกรณีที่มีวัตถุปิดกั้นและไม่มี (เช่น ใช้มัลติมิเตอร์วัด แรงดัน Vout)

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

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

ผลการทดลอง

การออกแบบวงจร โดยโปรแกรม fritzing

ออกแบบผังวงจรแบบ Schematic โปรแกรม fritzing
(แบบ LED)

ออกแบบผังวงจรแบบ Breadboard โปรแกรม fritzing
(แบบ LED)

ออกแบบผังวงจรแบบ Schematic โปรแกรม fritzing
(แบบ Buzzer)

ออกแบบผังวงจรแบบ Breadboard โปรแกรม fritzing
(แบบ Buzzer)

การต่อวงจรจริง

ผังวงจรที่ 5.3.1 (แบบ LED)

ผังวงจรที่ 5.3.1 (แบบ Buzzer)

การทดลองข้อที่ 1

เมื่อไม่มีวัตถุปิดกั้นช่องรับแสง วัดแรงดันได้ 0.117 V

เมื่อมีวัตถุปิดกั้น(ในที่นี้เป็นกระดาษสีดำ) วัดแรงดันได้ 4.955 V

โค้ด Arduino Sketch

const byte V_OUT = 3; const byte LED = 5;

void setup() { pinMode( V_OUT, INPUT ); pinMode( LED, OUTPUT ); digitalWrite(LED, LOW); }

void loop() { if (digitalRead(V_OUT) == HIGH) { //have something digitalWrite(LED, HIGH); } if (digitalRead(V_OUT) == LOW) { digitalWrite(LED, LOW); } }

วิดิโอการทดลองต่อวงจร โดยใช้ บัซเซอร์ (Piezo buzzer)

การทดลองข้อที่ 5

โค้ด Arduino Sketch

const byte VOUT = 3; const byte LED = 5;

int t; int printse = 0; int ms = 1; int v;

void setup() { pinMode( LED, OUTPUT ); digitalWrite(LED, LOW); pinMode( VOUT, INPUT ); Serial.begin( 9600 ); }

void loop() { if (digitalRead(VOUT) == HIGH) { //have something digitalWrite(LED, HIGH); if (ms == 1) { t = millis(); ms = 0; } printse = 1; } v = 0; if (digitalRead(VOUT) == LOW) { digitalWrite(LED, LOW); v = millis() - t; ms = 1; if (printse == 1) { Serial.print( "Time : " ); Serial.print(v); Serial.println(" ms"); printse = 0; } } }

การแสดงผลผ่านทาง Serial Monitor ของ Arduino IDE

คำถามท้ายการทดลอง

1.จากการทดลองพบว่า จะวัดแรงดัน Vout ได้เท่ากับ 0.117 V เมื่อไม่มีวัตถุไปปิดกั้นช่องรับแสง ของอุปกรณ์ H21A1 และจะวัด Vout ได้เท่ากับ 4.955 V เมื่อมีวัตถุไปปิดกั้น ช่องรับแสง ของอุปกรณ์ดังกล่าว

2. ถ้านํากระดาษสีขาวและกระดาษสีดํา ไปปิดกั้นช่องรับแสง ในแต่ละกรณี จะให้ผลการทํางานของ วงจรที่แตกต่างกันหรือไม่ จงอธิบาย
ตอบ ผลการทำงานของวงจรแตกต่างกัน โดย เมื่อใช้กระดาษสีดำ วัด Vout ได้ 4.955 V แต่เมื่อใช้กระดาษสีขาว วัด Vout ได้ 3.385 V


อ้างอิง: เอกสารประกอบการสอน โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์