Lab 2.2: การควบคุมอุปกรณ์ภายนอกด้วย Microcontroller


 Lab 2.2: การควบคุมอุปกรณ์ภายนอกด้วย Microcontroller

เอกสารประกอบ

โจทย์

ให้นักศึกษาควบคุมการทำงานของมอร์เตอร์โดยใช้วิธีการต่างๆ ตามที่กำหนด และทำความเข้าใจความแตกต่างของแต่ละวิธีดังนี้

  • ขับโดยใช้ไฟจากขา PIC โดยตรง
  • ขับโดยอาศัย Transistor
  • ขับโดยใช้ Relay
  • ขับโดยใช้ H-bridge

ประเด็นการเรียนรู้

  1. การขับอุปกรณ์ภายนอกโดยใช้แต่ละวิธีข้างต้นมีจุดเด่นจุดด้อยอย่างไร
  2. เมื่อใดควรจะเลือกใช้วิธีใดในการควบคุม

ขั้นตอนการทำ Lab

1. ขับมอร์เตอร์โดยใช้ไฟจากขา PIC โดยตรง

ขอให้นักศึกษาลองต่อวงจรเพื่อเปิดปิดมอร์เตอร์โดยอาศัยไฟจากขา PIC โดยตรง การต่อจะเหมือนต่อ LED เพียงแต่จะไม่ต้องใช้ตัวต้นทาน

 

PIC pin to motor

เกณฑ์ผ่าน
ขอให้เขียนโปรแกรมใหม่ให้เปิดมอร์เตอร์ 1 วินาที และปิด 1 วินาที วนไปเรื่อยๆ นักศึกษาควรจะเห็นว่ามอร์เตอร์นั้นหมุน แต่จะหมุนช้ามาก บางครั้งต้องเอามือช่วยถึงจะเริ่มหมุน ซึ่งการที่มอร์เตอร์หมุนช้านี้เกิดจากกระแสที่ PIC ขับออกมาได้นั้นค่อนข้างน้อย (~25mA)

2. ขับมอร์เตอร์โดยใช้ Transistor ช่วยเพิ่มกระแส

ขอให้นักศึกษาปรับวงจรขับมอร์เตอร์ตาม Schematic ต่อไปนี้ แล้วทดลองขับมอร์เตอร์ดูว่าต่างจากเดิมหรือไม่อย่างไร

NPN 3904

 

transistor single drive

เกณฑ์ผ่าน
เขียนโปรแกรมให้ PIC เปิดปิดมอเตอร์ทุก 1 วินาที นักศึกษาควรเห็นว่า Transistor ช่วยให้มีกระแสไหลผ่านมอร์เตอร์ได้มากขึ้น (เบอร์ 2N3904 จ่ายกระแสได้สูงสุด 200 mA) ซึ่งก็ทำให้มอร์เตอร์หมุนได้เร็วขึ้น

3. ขับมอร์เตอร์โดยใช้ Relay

ขอให้นักศึกษาปรับวงจรขับมอร์เตอร์ให้ใช้ Relay ตาม Schematic ต่อไปนี้ แล้วทดลองขับมอร์เตอร์ดู

Datasheet ของ Relay ที่ใช้ใน lab เปิดดูได้ที่นี่

relay driver

เกณฑ์ผ่าน
ให้เขียนโปรแกรมให้ PIC เปิดและปิดมอเตอร์ทุกๆ 1 วินาที  นักศึกษาควรเห็นว่าวิธีนี้มอร์ตอร์จะหมุนเร็วกว่าการใช้ Transistor เพราะ Relay มีการสูญเสียน้อย และสามารถใช้แรงดันอื่นที่ไม่ใช่ 5V ได้

4. ใช้รีเลย์ควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ

จากขอดีอย่างหนึ่งของรีเลย์คือสามารถควบคุมการจ่ายไฟกระแสสลับ เช่นไฟบ้านได้ ขอให้ลองต่อวงจรควบคุมหลอดไฟ 220V โดยใช้รีเลย์โมดูลตามแบบต่อไปนี้

รีเลย์โมดูลจะมี input สามขาคือ ไฟ, ดิน, และสัญญาณควบคุม (in) โดยโมดูลที่ใช้ในปฏิบัติการนี้จะทำงานเมื่อได้รับ logic low

เกณฑ์ผ่าน
ให้เขียนโปรแกรมให้ PIC เปิดและปิดหลอดไฟทุกๆ 1 วินาที

5. สร้างวงจร H-bridge เพื่อควบคุมทิศทางการหมุนของมอร์เตอร์

ขอให้นักศึกษาสร้างวงจร h-bridge ขึ้นมาโดยใช้ transistor 4 ตัวเพื่อควบคุมทิศทางการหมุนของมอร์เตอร์

  • Schematic แสดงให้เห็นว่า Transistor 4 ตัวถูกแบ่งเป็นคู่ทะแยงมุมสองคู่ โดยแต่ละคู่ถูกควบคุมโดยขาของ mcu (เลือกขาบน mcu เอง)
  • mcu จะสั่ง high ที่ขาหนึ่งและ low อีกขาหนึ่งเพื่อให้ transistor ทำงานทีละคู่
  • ระวังอย่าสั่งเปิด transistor พร้อมกันทั้งสองคู่ เพราะจะทำให้ไฟช๊อตลงดิน และหากทิ้งไว้นานอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้

H-Bridge NPN 3904

เกณฑ์ผ่าน
นักศึกษาควรสามารถควบคุมทิศทางการหมุนของมอร์เตอร์ได้ โปรแกรมให้หมุนทวนเข็ม 1 วินาที และหมุนตามเข็ม 1 วินาที วนไปเรื่อยๆ