Ipst wifi เล่ม 1

เล่มท่ี 1 หนังสอื อิเล็กทรอนิกส์ (E-BOOK) เรื่อง ออกแบบและเขียนโปรแกรม ในการแกป้ ัญหา กลมุ่ สาระการเรียนรู้วทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี รหสั วิชา ว22103 รายวชิ าเทคโนโลยีและวิทยาการคานวณ 2 ช้นั มธั ยมศกึ ษาปีที่ 2 ข้อมลู ฮาร์ดแวร์ของ IPST-WiFi Activity Kit นำงกรรณิกำ จนั ทร์วงค์ ตำแหน่ง ครู วิทยฐำนะ ชำนำญกำร โรงเรยี นวทิ ยาศาสตรจ์ ฬุ าภรณราชวิทยาลัย พษิ ณุโลก สำนักงำนเขตพน้ื ที่กำรศกึ ษำมธั ยมศึกษำ เขต 39 สำนักงำนคณะกรรมกำรกำรศึกษำข้นั พน้ื ฐำน กระทรวงศึกษำธิกำร

เอกสารประกอบการเรยี น เรอื่ ง การออกแบบและการเรยี นโปรแกรมในการ แกป้ ัญหา กล่มุ สาระวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี รหัสวชิ า ว22103 รายวิชาเทคโนโลยีและ วทิ ยาการคานวณ 2 ชน้ั มัธยมศกึ ษาปีท่ี 2 จดั ทาข้นึ เพอ่ื ใช้ประกอบการจัดกจิ กรรมการ เรียนการสอนให้กับผูเ้ รยี น ซง่ึ ผจู้ ดั ทาได้ศกึ ษาค้นคว้ารวบรวมข้อมูลจากหนงั สือหลายๆ เลม่ และเว็บไซต์ท่เี กย่ี วขอ้ งนามาจัดทาเอกสารประกอบการเรียน และเรยี บเรียงให้สอดคลอ้ ง กับผูเ้ รยี น โดยผ้จู ดั ทาได้แบ่งเนื้อหาออกเปน็ 5 เล่ม ประกอบดว้ ย เล่มท่ี 1 เรอ่ื ง ขอ้ มูลฮารด์ แวร์ของ IPST-WiFi Activity Kit เลม่ ท่ี 2 เร่อื ง เล่มท่ี 3 เรื่อง เลม่ ที่ 4 เรื่อง เลม่ ท่ี 5 เร่อื ง เอกสารประกอบการเรยี น เร่ือง การออกแบบและการเรียนโปรแกรมในการ แก้ปัญหา ประกอบด้วย คาชแ้ี จงสาหรับครู คาช้ีแจงสาหรับนักเรียน แบบทดสอบกอ่ น เรียน ใบความรู้ ใบงาน แบบทดสอบหลังเรยี น แนวคาตอบของใบงาน เฉลย แบบทดสอบกอ่ นเรียน และเฉลยแบบทดสอบหลงั เรยี น นักเรยี นควรปฏบิ ตั ติ ามคาแนะนา และควรมวี นิ ัยตอ่ ตนเอง ผู้จัดทาหวงั เปน็ อย่างยง่ิ วา่ เอกสารประกอบการเรยี นเลม่ นี้ จะเปน็ ประโยชนแ์ ก่ นกั เรียนและคุณครทู ม่ี คี วามสนใจได้นาไปจดั การเรยี นการสอนได้ กรรณกิ า จันทร์วงค์

หน้า แบบทดสอบก่อนเรยี น ข้อมลู ฮารด์ แวร์ของ IPST-WiFi Activity Kit 1. บอร์ด IPST-WiFi 1.1 สว่ นของซพี ยี ู 1.2 สวนของอุปกรณอินพตุ - เอาตพตุ หลัก 2. ZX-LED มินิบอรด์ วงจรขับ LED 8 มม. 3. ZX-SWITCH01 มนิ บิ อร์ดวงจรสวิตช์ กดตดิ ปลอ่ ยดับ 4. ZX-POT มนิ บิ อรด์ วงจรตวั ต้านทานปรบั ค่าได้ 5. ZX-MCP9701 ชุดวดั อณุ หภมู ิ พรอ้ มสายและโพรบโลหะ 6. ZX-SOIL บอร์ดวัดความชมุ่ ชนื้ ในดิน 7. สายสัญญาณ JST3AA-8 8. อะแดปเตอร์ไฟตรง 6V 2A

แบบทดสอบก่อนเรยี น แบบทดสอบก่อนเรียน เร่อื ง ขอ้ มูลฮาร์ดแวรข์ อง IPST-WiFi Activity Kit

ข้อมลู ฮาร์ดแวร์ของอุปกรณใ์ นชดุ IPST-WiFi Activity Kit IPST-WiFi Activity Kit คอื ชดุ ทดลองควบคมุ อปุ กรณ์และเชอ่ื มต่ออนิ เทอร์เน็ตดว้ ยโปรแกรม ภาษาไพทอน ในการเรียนรู้เพื่อนาไปสู่การพฒั นาโครงงานด้านวทิ ยาการคานวณ ทีส่ อดคลอ้ งและสง่ ต่อไปยงั การ พัฒนาอปุ กรณ์ IoT (Internet of Things) บทนนี้ าจะเสนอข้อมูลทางเทคนคิ เบอื้ งตน้ และความร้เู สรมิ ทส่ี าคัญของชุดอปุ กรณ์ ท่นี ามาใช้ ในการเรียนรู้ ซ่งึ ก็คอื ชดุ IPST-WiFi Activity Kit อันประกอบด้วย 1. บอรด์ IPST-WiFi 2. ZX-LED มนิ บิ อรด์ วงจรขบั LED 8 มม. 3. ZX-SWITCH01 วงจรสวติ ช์กดตดิ ปลอ่ ยดบั 4. ZX-POT มนิ ิบอรด์ วงจรตัวต้านทานปรับคา่ ได้ 5. ZX-MCP9701 ชดุ วดั อณุ หภมู ิพร้อมสายและโพรบโลหะ 6. ZX-SOIL บอรด์ วัดความชุ่มชืน้ ในดนิ 7. สายสญั ญาณสาหรับการเชอ่ื มต่อ 8. อะแดปเตอร์ ไฟตรง 6V 2A ทม่ี า : https://inex.co.th/home/product/ipst-wifi-activity-kit

1.บอรด์ IPST-WiFi รูปท่ี 1 แสดงสว่ นประกอบต่างๆ ของบอร์ด IPST-WiFi ท่มี า : https://inex.co.th/home/product/ipst-wifi-activity-kit

1.1 ส่วนของซพี ียู ใชโ้ มดูลไมโครคอนโทรลเลอร์ ท่ีตดิ ตง้ั ชิปไมโครคอนโทรลเลอร์ เบอร์ ESP32 จาก Espressive System เปน็ ชิปท่ใี ช้ซีพียู 32 บิต แกนคู่ หรอื Dual core เบอร์ Xtensa LX6 เป็นซพี ียูสถาปัตยกรรม ฮารว์ ารด์ ซพี ียแู ตล่ ะแกนจะเรียกวา่ PRO_CPU หรอื Protocol CPU และ APP_CPU หรอื Application CPU มี หนว่ ยความจารอมภายใน 448 กิ โลไบต์ แรม 520 กโิ ลไบต์ และ 16 กโิ ลไบต์ สาหรบั ระบบฐานเวลานาฬกิ าจริงภายในตัวชปิ รปู ท่ี 2 วงจรของบอร์ด IPST-WiFi

1.1 สว่ นของซีพยี ู (ตอ่ )  ตดิ ต้ังหน่วยความจาแฟลช 4 เมกะไบต์ สาหรับบรรจุเฟิร์มแวร์ หรือโปรแกรมควบคมุ หลกั  ตดิ ตง้ั หนว่ ยความจา PSRAM (Pseudo SRAM) 4 เมกะไบต์ ทาให้รองรบั การเขยี น โปรแกรมหรอื โคด้ ด้งิ ดว้ ยภาษาไพทอนได้ อย่างเต็มที่ และมปี ระสทิ ธภิ าพกว่ารนุ่ ท่ี ไม่มี หนว่ ยความจา PSRAM  เช่อื มต่อกับคอมพิวเตอรผ่านพอร์ต USB ในแบบ microUSB โดยใชชป้ิ แปลงสญั ญาณ USB เป็นอนกุ รมเพื่อสื่อสารขอ้ มลู กับคอมพิวเตอร์ และใชอ้ ปั โหลดโคด้ ลงสู่ หนว่ ยความจา ของ ESP32  จดั สรรพอร์ตอินพตุ เอาต์พุตของ ESP32 เพือ่ ใช้งานได้ โดยตรง 8 ขา ประกอบด้วย • อินพุตแอนะล็อก 4 ขา (GPIO32 ถึ ง 35) • อนิ พุตเอาต์พตุ ดจิ ทิ ลั และเอาต์พุตแอนะลอ็ ก 1 ขา (GPIO25) • อินพุตเอาต์พตุ ดจิ ทิ ลั 3 ขา (GPIO5, 19 และ 23)  มจี ดุ ตออปุ กรณระบบบสั I2C 1 ชดุ  มสี วติ ชเปดปดไฟเลี้ยงสาหรับโมดลู ESP32  มีวงจรประจแุ บตเตอรี่ลิเธียมโพลเิ มอร์และจดุ ต่อแบตเตอร่สี าหรบั วงจรฐานเวลานาฬกิ า จรงิ (Real-Time Clock) บนโมดู ล ESP32  มวี งจรเชือ่ มตอ WiFi และบลูทธู กาลังงานตา่ หรือ BLE ในตวั พรอมสายอากาศแบบ 3D ทาให้การรบั สงสญั ญาณทาไดอยางมปี ระสทิ ธิภาพมากกวาสายอากาศท่ีใชลายทองแดง ของแผนวงจรพมิ พ  รบั ไฟเล้ยี ง +5V จากคอนเนก็ เตอร microUSB บนโมดูล ESP32 หรือ +6V จากจุด ตออะแดปเตอร์  มสี วติ ชเปดปดไฟเลยี้ งหลกั พรอม LED แสดงสถานะไฟเลยี้ ง 1.2 สวนของอปุ กรณอนิ พุต - เอาตพุตหลกั  ตดิ ตง้ั จอแสดงผล OLED ขนาด 0.96 นว้ิ ความละเอยี ด 128 x 64 จุด เชอื่ มตอ่ ผ่านบสั I2  มี LED (ตอ่ กับขาพอรต์ 18) และสวิตช์ BUTTON (ต่อกับขาพอร์ต 0) สาหรบั ทดสอบอนิ พุต เอาตพ์ ตุ ดจิ ิตอลเบ้อื งต้น  มีสวติ ช์ RESET  ติดต้งั ลาโพงเปยี โซเพือ่ ขับเสยี ง (ตอ่ กบั GPIO26)

2. ZX-LED มนิ ิบอรด์ วงจรขบั LED 8 มม. ZX-LED มิ นิ บอร์ดวงจรขับ LED 8 มม. มหี นา้ ตาและวงจรแสดงในรูปท่ี 3 เป็น บอรด์ วงจรขบั LED ด้วยทรานซิสเตอร์ ใช้ LED ขนาด 8 มิลลิเมตร ต้องการลอจิก “1” ในการขับใหส้ วา่ ง รองรับการตอ่ ใช้งานกับสายสญั ญาณแบบ JST3AA รปู ที่ 3 รปู ร่างและวงจรของมินิ บอร์ด ZX-LED ที่มา : https://inex.co.th/home/product/ipst-wifi-activity-kit 3. ZX-SWITCH01 มนิ ิบอรด์ วงจรสวติ ช์ กดตดิ ปลอ่ ยดบั ZX-SWITCH01 มนิ บิ อรด์ วงจรสวิตช์ กดติดปลอ่ ยดบั มีวงจรและรูปร่างแสดงในรปู ที่ 4 ประกอบด้วยสวติ ช์พร้อม LED แสดงผล ถา้ กดสวติ ช์ จะส่งลอจิก “0” ออกไปยังเอาต์พุต และ LED1 สี แดงตดิ สว่าง จนกวา่ จะปลอ่ ยสวิตช์ รปู ท่ี 4 รปู รา่ งและวงจรของมนิ ิบอร์ด วงจรสวติ ซ์ ZX-SWITCH01

4. ZX-POT มนิ บิ อรด์ วงจรตวั ต้านทานปรับคา่ ได้ ZX-POT มนิ บิ อร์ดวงจรตวั ต้านทานปรับค่าได้ ใชก้ าหนดแรงดนั 0 ถงึ ไฟเลย้ี ง (ในที่น้ี คือ 3.3V) ตามการหมนุ แกนของตัวตา้ นทานปรับค่าได้ นาไปใช้วัดคา่ มมุ และระยะทางได้ มเี อาต์พตุ 2 แบบคือ ให้แรงดนั ไฟฟ้ามากขนึ้ เมื่อหมุนทวนเข็มนาฬิกาหรือเม่อื หมุนตามเขม็ นาฬกิ า มวี งจรและหนา้ ตาของแผงวงจรแสดงในรูปที่ 5 รูปที่ 5 แสดงรปู ร่างและวงจรของมนิ ิบอร์ดวงจรตัวตา้ นทานปรบั ค่าได้แบบแกนหมุน ZX-POT ทีม่ า : https://inex.co.th/home/product/ipst-wifi-activity-kit 5. ZX-MCP9701 ชดุ วัดอณุ หภูมิ พร้อมสายและโพรบโลหะ ZX-MCP9701 เป็นสายวดั ค่าอณุ หภมู ิ ท่ใี ช้ไอซี เบอร์ MCP9701 หุ้มด้วยปลอกโลหะเพี่อให้ นาไปจุ่มวัดในน้าได้ ผลการทางานเป็นแรงดนั ไฟฟ้าท่ี เทยี บกับค่าอณุ หภมู ิ แบบเชงิ เสน้ รับร้กู ารเปลยี่ น แปลงของอุณหภูมิ ภายในเวลาไมถ่ งึ 2 วนิ าที โดยแสดงภาพของ ZX-MCP9701 ดงั รูปท่ี 6 มาพร้ อม สายเช่ือมตอ่ ท่มี ี หวั ตอ่ แบบ JST 3 ขาเพอ่ื ตอ่ กบั จุดต่ออนิ พุตแอนะล็อกของบอร์ด IPST-WiFi ได้ ทันที รูปท่ี 6 แสดงรูป ZX-MCP9701 ไอซวี ัดอณุ หภูมิท่มี าในรูปของหวั วดั โลหะพรอ้ มใช้งาน

5. ZX-MCP9701 ชดุ วดั อณุ หภมู ิ พรอ้ มสายและโพรบโลหะ (ต่อ) คณุ สมบตั ทิ างเทคนคิ ของไอซี MCP9701 เปน็ ไอซีวัดอุณหภูมิ ในกลุ่มเทอร์มิสเตอร์ แบบแอกตฟี ทีใ่ ห้ผลการทางานแบบเชงิ เส้น  ยา่ นวดั -40 ถงึ +125 องศาเซลเซยี ส  ผลการวดั อ้างอิงกบั หน่วยขององศาเซลเซียสโดยตรง  ความผิดพลาดเฉลย่ี ±2 องศาเซลเซียส  ย่านไฟเลยี้ ง +3.1 ถึง +5.5V กินกระแสไฟฟา้ เพยี ง 6������A ใช้ แบตเตอร่ีเปน็ แหลง่ จา่ ยไฟได้  คา่ แรงดนั เอาตพ์ ุ ต 400mV (ท่ี 0๐C) ถึง 2.8375V (ที่ 125๐C)  ค่าแรงดันเอาตพ์ ตุ ต่อการเปลีย่ นแปลงอุณหภู มิ 19.5mV/๐C การใช้ งาน ZX-MCP9701 ไม่จาเปน็ ตอ้ งใช้โมดลู หรือไลบรารี ใดๆ ใหว้ ดั คา่ แรงดนั เอาตพ์ ตุ จาก ไอซี แลว้ นาคา่ ที่ไดไ้ ปคานวณกลบั เปน็ คา่ อณุ หภูมิ ในหน่วยองศาเซลเซียล โดยมสี ตู รการคานวณดังน้ี Vout = 0.4+0.0195 x C C = (Vout–0.4)/0.0195 โดยที่ Vout คอื แรงดนั ในหน่วย V C = (Vout–400)/19.5 โดยที่ Vout คือแรงดนั ในหน่วย mV 6. ZX-SOIL บอรด์ วัดความชุ่มช้ืนในดนิ ZX-SOIL เปน็ แผงวงจรท่ีใช้ ตรวจวัดความชุ่มช้ืนของดิน (soil moisture) โดยวดั เป็นค่าการนา ไฟฟา้ ของนา้ ทีอ่ ยูใ่ นดิน ใหเ้ อาต์พุตเป็นแรงดนั ไฟตรงที่ แปรผนั ตรงกบั ความชุม่ ชื้นของดิน โดยแสดง รปู ร่างของ ZX-SOIL ดงั รูปท่ี 7 ในการใช้งานกบั บอรด์ IPST-WiFi ให้ตอ่ เขา้ ทอ่ี ินพุตแอนะลอ็ ก ADC4 ถงึ ADC7 หรือขาพอรต์ 32 ถึ ง 35 รูปท่ี 7 ZX-SOIL หรือบอร์ดตรวจวดั ความชมุ่ ช้นื ในดนิ ที่มา : https://inex.co.th/home/product/ipst-wifi-activity-kit

7. สายสั ญญาณ JST3AA-8 เปน็ สายสัญญาณท่ีใชเ้ ช่ือมตอ่ ระหว่างบอรด์ ควบคมุ เชน่ iKB-1 กับมินิบอรด์ อุปกรณ์ อินพุตเอาตพ์ ุตตา่ งๆ เปน็ สายแพ 3 เส้น ยาว 8 นิว้ ปลายทงั้ สองดา้ นหนึ่งติดตัง้ คอนเน็กเตอร์ แบบ JST 3 ขา ตวั เมีย ระยะหา่ งระหว่างขา 2 มิลลเิ มตร มกี ารจดั ขาดังรูปที่ 8 รปู ท่ี 8 การจดั สัญญาณของสายสญั ญาณ JST3AA-8 ทม่ี า : https://inex.co.th/home/product/ipst-wifi-activity-kit 8. อะแดปเตอร์ไฟตรง 6V 2A เป็นแหลง่ จา่ ยไฟตรงแบบสวติ ชง่ิ ให้แรงดันขาออก +6V จา่ ยกระแสไฟฟา้ ได้ สงู สุด 2A ปลาย สายเปน็ หัวปลัก๊ แบบบาร์เรล (barrel) ซึ่งเปน็ มาตรฐานที่ พบโดยทั่วไป ขว้ั ดา้ นในหรือตรงกลางเป็น ขว้ั บวก ข้วั ดา้ นนอกเปน็ ขว้ั ลบ รปู ท่ี9 ลักษณะของอแดปเตอรไ์ ฟท่ีใชง้ าน ทม่ี า : https://inex.co.th/home/product/ipst-wifi-activity-kit

เล่มท่ี 1 โรงเรยี นวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลยั พษิ ณุโลก สำนกั งำนเขตพน้ื ท่กี ำรศกึ ษำมัธยมศกึ ษำ เขต 39 สำนกั งำนคณะกรรมกำรกำรศึกษำข้ันพื้นฐำน กระทรวงศึกษำธิกำร