บท7 การใช้งาน Arduino ร่วมกับ อุปกรณ์ตรวจรู้

CHUMPHON TECHNICAL COLLEGE 30105-2007 MICROCONTROLLER ep.7 การใช้งาน Arduino ร่วมกับ อุปกรณ์ตรวจรู้ นายยศพล เจียรนัย แผนกวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส์

71 แผนการจัดการเรยี นรูหนว ยที่ 7 สอนคร้งั ท่ี 10-11 เรอื่ ง การใชง าน Arduino รวมกับอปุ กรณตรวจรู

72 ชอ่ื วิชา. ไมโครคอนโทรลเลอร แผนการจัดการเรียนรูท ี่ 7 เวลาเรยี นรวม 10 ช่ัวโมง ชื่อหนว ย การใชง าน Arduino รวมกบั อุปกรณต รวจรู สอนคร้งั ที่ 10-11 ชอื่ เรือ่ ง การใชงาน Arduino รวมกับอปุ กรณตรวจรู จำนวน 10 ชว่ั โมง หวั ขอ เรื่อง 7.1 อปุ กรณตรวจรรู ะยะทางดว ยคลน่ื อัลตราโซนกิ 7.2 อุปกรณต รวจรรู ะยะทางดวยคลน่ื อินฟราเรด 7.3 อปุ กรณตรวจรอู ณุ หภมู ิและความช้นื สาระสำคญั คล่นื อัลตรา โซนคิ เปน คลื่นความถี่เหนอื ความถีส่ ญั ญาณเสียง ความถี่อัลตรา โซนคิ นน้ั ที่นยิ มใชง านในเซน็ เซอรวัดระยะ รนุ ตา ง ๆ จะมีความถ่ีทีป่ ระมาณ 40 kHz ขอ ดขี องการใชค วามถ่นี ้ี คอื มีลักษณะของความยาวคลนื่ ที่ส้ัน สง ผลใหค ล่นื ไมแตกจายอ อกเปนวงกวาง และสามารถยิงคลื่นตรงไปชนวัตถุใด ๆ ก็ได และนอกจากนี้ความถี่ 40 kHz ยังเปนความถี่ที่มีระยะเดินทาง เพยี งพอกับการใชง าน หากใชความถ่ีสูงข้นึ จะทำใหค ลนื่ เดนิ ทางไดในระยะทางท่ีลดลง ทำใหเมื่อนำมาใชง านจริงจะวดั ระยะไดใน ระยะที่สั้น หลักการที่สำคัญของการวัดระยะดวยคลื่นอัลตราโซนิค คือการสงคล่ืนอัลตราโซนิคจำนวนหนึ่งออกไปจากตัวสง (Transmitter) เมื่อคลื่นวิ่งไปชนกับวัตถุ คลื่นจะมีการสะทอนกลับมา แลววิ่งกลับยังตัวรับ (Receiver) ระยะเวลาที่สงคลื่นออกไป จนถึงไดรับคลื่นกลับมา โดยอัตราเร็วเสียงที่เดินทางไดในอากาศสามารถหาไดตามสูตร อัตราเร็วของเสียงในอากาศ = 331 + (0.606 x อุณหภูมิในหนวยองศาเซลเซียส) m/s ระยะทางคำนวณไดจาด distance = (PulseWidth * 0.0347362)/2; หรือ distance = PulseWidth * 0.0173681 โมดลู วัดระยะทางดวยแสงอนิ ฟราเรดจะสงแสงอนิ ฟราเรดจากตวั สงไปกระทบวตั ถุผา นเลนสน ูนเพอื่ โฟกสั แสงใหมคี สามเขม แสงไปยังจดุ ใดจดุ หนึ่ง เมอื่ แสกระทบวัตถจุ ะเกิดการกระเจงิ ของแสงไปทศิ ทางตาง ๆ แสงสว นหนึง่ จะกระเจิงกลับมายัง ภาครับ โดยมเี ลนสร วบรวมแสงและกำหนดจุดตกกระทบ แสงจะถกู สงผานไปยังโฟโตท รานซิสเตอรจ ำนวนมากทตี่ อเรยี งกันเปน อารเ รย สมการคำนวณหาระยะทางของโมดลู วัดระยะทางดว ยแสงอนิ ฟราเรด สตู รการคำนวณสำหรบั หาระยะทางของวตั ถุท่หี า ง จากเลนสของตัวสง กรณีใชวงจร ADC ความละเอยี ด 10 บิต สมรรถนะหลัก (สมรรถนะประจำหนวย) แสดงความรเู ก่ยี วกบั การใชง าน Arduino รว มกบั อุปกรณตรวจรู สมรรถนะยอ ย (สมรรถนะการเรยี นร)ู สมรรถนะทวั่ ไป (ทฤษฏ)ี 7.2 แสดงความรูเ ก่ียวกบั อปุ กรณต รวจรรู ะยะทางดวยคลืน่ อินฟราเรด สมรรถนะทพี่ งึ ประสงค (ทฤษฏ)ี 7.2 อธบิ ายหลักการทำงานของอปุ กรณตรวจรรู ะยะทางดวยคล่นื อนิ ฟราเรดไดถกู ตอง

73 ชอ่ื วชิ า. ไมโครคอนโทรลเลอร แผนการจัดการเรียนรูท่ี 7 เวลาเรียนรวม 10 ชั่วโมง ชอ่ื หนวย การใชง าน Arduino รว มกบั อปุ กรณต รวจรู สอนคร้ังที่ 10-11 ชื่อเรอ่ื ง การใชง าน Arduino รว มกับอปุ กรณต รวจรู จำนวน 10 ช่ัวโมง สมรรถนะทั่วไป (ปฏบิ ตั ิ) 7.1 แสดงความรเู กย่ี วกับอปุ กรณต รวจรรู ะยะทางดว ยคล่ืนอลั ตราโซนิก 7.3 แสดงความรเู ก่ยี วกบั อปุ กรณต รวจรูอณุ หภมู แิ ละความช้นื สมรรถนะทพี่ งึ ประสงค (ปฏิบัติ) 7.1 ตอวงจรอปุ กรณตรวจรูระยะทางดว ยคลนื่ อัลตรา โซนกิ เขากบั บอรด Arduino ไดอยางถกู ตอง 7.3 เขยี นโปรแกรมรับคาของอุปกรณต รวจรอู ณุ หภมู ิและความชนื้ ไดถ ูกตอง กิจกรรมการเรยี นการสอน ในการจดั การเรยี นการสอนรายวชิ าไมโครคอนโทรลเลอร ไดก ำหนดกิจกรรมการเรียนการสอนใหผเู รียนเกดิ การเรยี นรโู ดยใชก ารจดั การเรียนรแู บบบทบาทสมมติ ( Role p laying ) ดา นเทคนคิ การจดั การเรียนการสอนแบบ MAIP โดย มขี น้ั ตอนในการดำเนนิ กจิ กรรมการเรยี นการสอน ดงั นี้ กิจกรรมการเรยี นการสอน (สอนคร้งั ท่ี 10 ) เวลา 5 ชว่ั โมง/สปั ดาห ๑.ผสู อนแจง จดุ ประสงคก ารเรยี นประจำสปั ดาห และนำเขา สูบ ทเรยี น ๒.ผสู อนถา ยทอดความรูในหนว ยท่ี 3 เรอื่ ง อุปกรณตรวจรรู ะยะทางดวยคล่ืนอัลตรา โซนกิ คล่ืนอนิ ฟราเรด ๓.ผสู อนแสดงใบงานเรือ่ งการใชง านอุปกรณตรวจรรู ะยะทางดว ยคลนื่ อัลตราโซนิก คลื่นอนิ ฟราเรด ๔.ผสู อนใหผ ูเรียนปฏิบตั ิงานเขยี นแบบตามใบงานเรอ่ื งอุปกรณตรวจรรู ะยะทางดวยคลื่นอลั ตรา โซนิก คลืน่ อินฟราเรด ๕.ผสู อนประเมนิ ผลการปฏบิ ตั งิ านของผเู รียนและใหผเู รียนสรุปสาระสำคญั ของเรอ่ื งท่เี รยี นประจำสปั ดาห กิจกรรมการเรียนการสอน (สอนครัง้ ท่ี 11 ) เวลา 5 ชั่วโมง/สปั ดาห ๑.ผสู อนแจงจุดประสงคก ารเรยี นประจำสปั ดาห และนำเขา สูบทเรยี น ๒.ผสู อนถายทอดความรใู นหนว ยที่ 7 เรอื่ ง อปุ กรณตรวจรอู ณุ หภูมแิ ละความชนื้ ๓.ผสู อนแสดงใบงานเร่อื งอปุ กรณต รวจรูอณุ หภมู ิและความช้นื ๔.ผสู อนใหผ เู รยี นปฏิบตั ิงานเขียนแบบตามใบงานเร่อื งอุปกรณตรวจรูอุณหภมู ิและความชนื้ ๕.ผสู อนประเมนิ ผลการปฏิบตั งิ านของผูเ รยี นและใหผ เู รียนสรุปสาระสำคญั ของเร่ืองทเ่ี รยี นประจำสปั ดาห สื่อการสอน ๑.เอกสารประกอบการสอน ๒.เอกสารประกอบการเรยี น ๓.สื่อนำเสนอ PowerPoint งานที่มอบหมาย/กิจกรรม ใหนกั เรยี นทำแบบฝกเสริมทักษะตามใบงานทา ยหนว ยการเรยี นท่ี 4 การวัดและประเมนิ ผล วธิ กี าร เครือ่ งมอื เกณฑ วัดผล/ประเมนิ ผล - ทำแบบฝกเสริมทักษะทา ย - แบบฝกเสริมทกั ษะทาย - ผา นเกณฑร อ ยละ ๖๐ หนว ย หนว ย ๑.สมรรถนะท่ีพึงประสงค

74 แผนการจัดการเรียนรูท่ี 7 เวลาเรียนรวม 10 ชัว่ โมง ชือ่ วชิ า. ไมโครคอนโทรลเลอร สอนครั้งที่ 10-11 ชื่อหนว ย การใชงาน Arduino รว มกับอุปกรณต รวจรู ช่ือเร่อื ง การใชง าน Arduino รวมกับอุปกรณต รวจรู จำนวน 10 ชวั่ โมง วตั ถุ 1. อุปกรณต รวจรูระยะทางดวยคล่นื อัลตราโซนิก 1.1 หลกั การวดั ระยะดวยคล่นื อลั ตรา โซนคิ ตวั รับสงคลนื่ อลั ตราโซนิก ความถ่ี 40 kHz ระยะหาง ระยะหา ง = (ระยะเวลา x ความเรว็ เสยี ง) / 2 1.2 หลกั การทำงานของเซ็นเซอรวัดระยะทางดวยคลนื่ อัลตราโซนคิ สาย USB จอมอนิเตอรของ คอมพวิ เตอร RESET DIGITA L (WPM ∼) 16 MHz AG∼∼RN∼1111E30219DF คอมพิวเตอร +5 V TX L 8 RX VTcricg Echo R3IOE.3RSVEEFTP OW E R ATmega328p ARDUINO Gnd HC-SR04 5V GN D GN D Vin ∼∼657 ANALOG IN ON ∼43 AAAAAA245130 UNO ICSP 2 TX 1 RX 0 2. อปุ กรณต รวจรูระยะทางดวยคลืน่ อนิ ฟราเรด

75 วัตถุ L A F เลนส ตัวสง IR ตัวรบั IR X Analog output voltage Vo (v) Analoog out GP2Y0A21 Gnd Vcc +5 V 3.5 GP2Y0A21YK 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Distance to reflective object (cm) 3. อปุ กรณตรวจรูอณุ หภูมแิ ละความชื้น Vcc สาย USB RESET DIGITA L (WPM ∼) จอมอนเิ ตอรข อง คอมพิวเตอร 16 MHz AG∼∼RN∼1111E03129DF คอมพวิ เตอร TX L 8 RX DHT-22R3IOE.3RSVEEFTP OW E RATmega328p ARDUINO ∼∼567 ∼43 5VANALOG IN ON Vcc GN D 2 DATA GVNinD UNO ICSP TX 1 GND AAAAAA214530 RX 0

76 แผนการจดั การเรยี นรทู ่ี 7 เวลาเรียนรวม 10 ชัว่ โมง ชือ่ วิชา. ไมโครคอนโทรลเลอร สอนครง้ั ที่ 10-11 ช่อื หนว ย การใชงาน Arduino รวมกับอุปกรณต รวจรู ชื่อเร่ือง การใชงาน Arduino รว มกบั อุปกรณตรวจรู จำนวน 10 ชั่วโมง ตอนท่ี 1 ใหกาเครอ่ื งหมายถกู √ ในขอทค่ี ดิ วา ถกู และกาเคร่ืองหมายผดิ x ในขอ ท่คี ดิ วา ผดิ ……… 1. คลื่นอลั ตราโซนคิ เปน คลื่นความถเ่ี หนือความถสี่ ญั ญาณเสยี ง ……… 2. อปุ กรณตรวจรูร ะยะทางดวยคลื่นอลั ตรา โซนิกนยิ มใชค วามถท่ี ี่ประมาณ 40 MHz ……… 3. ฟง กช นั digitalWrite(Trig_PIN, LOW); มไี วเ พ่อื ใหพ อรตขา Trig_PIN มีคา เปน ลอจกิ 0 ……… 4. อตั ราเรว็ ของเสยี งในอากาศที่อุณหภมู ิ 27 องศาเซลเซยี ส มีความเรว็ เทากบั 331 m/s ……… 5. ฟงกช นั Serial.println(\" cm.\"); ผลลัพธคือแสดงขอ ความ cm ท่จี อมอนเิ ตอร แลว ขน้ึ บรรทดั ใหม ……… 6. โมดลู ตรวจวดั ระยะทางแบบอนิ ฟราเรด รนุ GP2Y0A41 มียานการวัดไดมากกวารนุ GP2Y0A21 ……… 7. ฟงกช ัน L = ((29410.0 / (value + 5.0)) - 10.0); ใชกับโมดลู วัดระยะทาง รุน GP2Y0A41 ……… 8. อปุ กรณตรวจรูอุณหภูมแิ ละความช้นื เบอร DHT22 วดั อุณหภมู ไิ ดใ นชวง -40 to 80 °C (±0.5 °C) ……… 9. การส่ือสารของอุปกรณต รวจรอู ณุ หภมู แิ ละความชื้น เบอร DHT22 เปน แบบ I2C ……… 10. ฟงกช นั #define DHTTYPE DHT22 เปนการกำหนดอปุ กรณต รวจรอู ณุ หภูมิและความชืน้ เบอร DHT22 ตอนที่ 2 จงอธิบายสนั้ ๆ ใหไดใ จความ 1. คาความเรว็ เสยี งในอากาศสามารถคำนวณไดจ ากสตู ร ................................................................................... 2. ความเร็วเสยี งในอากาศท่ีอณุ หภมู ิ 0 องศาเซลเซียสมี ความเรว็ เทา กบั ................ เมตร/วินาที 3. ฟงกชัน unsigned int distance = (PulseWidth * 0.0347362)/2; ตวั เลข 0.0347362)/2 มีท่มี าอยา งไร .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................................. 4. ขา Trig_PIN ของอุปกรณต รวจรรู ะยะทางดว ยคลน่ื อลั ตรา โซนิก ตอ งกำหนด pinMode เปน ....................... 5. ขา Echo_PIN ของอุปกรณตรวจรูระยะทางดวยคล่ืนอลั ตรา โซนกิ ตอ งกำหนด pinMode เปน .................... 6. สูตรการคำนวณสำหรับหาระยะทางของวตั ถทุ ห่ี า งจากเลนสของตัวสง ของโมดลู ตรวจวดั ระยะทางแบบ อินฟราเรด รนุ GP2Y0A41 กรณีใชวงจร ADC ความละเอียด 10 บิต คอื ...................................................... 7. สูตรการคำนวณสำหรับหาระยะทางของวตั ถทุ ี่หางจากเลนสของตวั สง ของโมดลู ตรวจวดั ระยะทางแบบ อนิ ฟราเรด รนุ GP2Y0A21 กรณใี ชวงจร ADC ความละเอยี ด 10 บติ คือ ...................................................... 8. อุปกรณต รวจรอู ุณหภมู แิ ละความชืน้ เบอร DHT22/AM2302 ใชไฟฟา ไดต ั้งแต ..........โวลต ถงึ ........โวลต

ชือ่ เรือ่ ง แผนการจดั การเรียนรูท ่ี 7 77 ช่ือวิชา. ไมโครคอนโทรลเลอร ชือ่ หนว ย การใชงาน Arduino รวมกบั อุปกรณต รวจรู เวลาเรยี นรวม 10 ชว่ั โมง การใชงาน Arduino รว มกับอปุ กรณตรวจรู สอนคร้งั ที่ 10-11 จำนวน 10 ช่วั โมง การประเมนิ 4321 ที่ รายการประเมนิ 1 การมสี ว นรว มในการทํางานของกลุม 2 ความถกู ตองของเน้อื หา 3 สิ่งที่ใชป ระกอบการนาํ เสนอ 4 รปู แบบการนําเสนอหนา ชน้ั เรียน ชัดเจน เขา ใจ งาย 5 ตรงตอ เวลา กระตือรอื รน รอบคอบ ขอเสนอแนะ …………………………………………………………………………………………………………………………. …………..……………………………………………………………………………………………………………... ………………………………..………………………………………………………………………………………...