อิเล็กทรอนิกส์ ใบงานการทดลองที่ 14 ไมโครคอนโทรลเลอร์ 2105 ... · ตารางที่

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบงานการทดลองท 14

ชอวชา ไมโครคอนโทรลเลอร

รหสวชา 2105-2105 หนาท 125 ชองาน งานโปรแกรมวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04

จดท าโดยนายสงา คค า ครแผนกวชาชางอเลกทรอนกส วทยาลยเทคนคพทยา || หนา 125

ค าชแจง ใหผเรยนทกคนท าการทดลองตามใบงานการทดลองท 14 เรองโปรแกรมวดวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04 ตามขนตอนการปฏบตงาน จดประสงคทวไป

เพอใหมทกษะการปฏบตงานโปรแกรมวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04 จดประสงคการเรยนรเชงพฤตกรรม (เพอใหผเรยน.....)

1. สามารถใชโปรแกรม Arduino IDE ในการเขยนโปรแกรมภาษา C เบองตนไดอยางถกตอง 2. สามารถใชงานไมโครคอนโทรลเลอร บอรด Arduino UNO R3 เบองตนไดอยางถกตอง 3. สามารถประกอบและทดสอบวงจรวดวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04ไดอยางถกตอง 4. สามารถเขยนโปรแกรมควบคมการวดวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04ไดอยางถกตอง 5. สามารถประยกตใชงานไมโครคอนโทรลเลอรบอรด Arduino UNO R3 เบองตนไดอยางถกตอง 6. มกจนสยในการแสวงหาความรเพมเตม การท างานดวยความประณต รอบคอบและปลอดภย

เครองมอและอปกรณ 1. โปรแกรม Arduino IDE 1.8.4 หรอสงกวา 1 โปรแกรม 2. สาย USB ส าหรบ Arduino Uno R3 1 เสน 3. ชดทดลอง Arduino Uno R3 พรอมสายตอวงจร 1 ชด 4. เครองคอมพวเตอรแบบพกพา 1 เครอง 5. แผงตอวงจร 1 ตว 6. มลตมเตอร 1 ตว 7. เครองมอประจ าตว 1 ชด

ขอหามและขอควรระวง 1. ไมเลนและหยอกลอกนในเวลาปฏบตงาน 2. ควรระวงไมวางบอรด Arduino Uno R3 หรอชลตางๆ บนโตะโลหะหรอทวางทเปนโลหะเพราะ

อาจเกดการลดวงจรของภาคจายไฟได 3. ไมควรตอสายตอวงจรในบอรด Arduino Uno R3 ทงไว ควรถอดสายตอวงจรออกใหหมด

เพราะผล การทดลองอาจเกดการผดพลาดไมเปนไปตามทฤษฎได 4. ไมควรถอดสายสายโหลด USB เขาออกตลอดเวลา เพราะอาจท าใหภาคจายไฟของบอรด

Arduino Uno R3 เสยหายได 5. ควรระวงเครองมอและอปกรณเสยหายจากการปฏบตงานไมถกตองตามขนตอนและไมปลอดภย





ทฤษฎ เสยงเปนคลนชนดหนงทสามารถเดนทางผานอากาศไดดงนนถาใชคณสมบตนมาสรางเครองวด

ระยะทางโดยอาศยการเดนทางของเสยงผานอากาศกสามารถท าไดเชนกน เนองจากความถเสยงจะมชวง ของความถชวงหนงทมนษยสามารถไดยนเสยงไดคออยในชวง 20Hz-20kHz ดงนนหากใชเสยงในชวงน กจะเปนการรบกวนการไดยนของมนษยดวย ดงนนจงตองใชความถทสงกวาความถเสยงปกตเพอ หลกเลยงการไดยนของมนษยในปจจบนไดมการใชความถ 40kHz เพอใชในการวดระยะทางความถน เปนความถทสงกวาเสยงทมนษยไดยนจงเรยกเสยงนวา “อลตราโซนค” โมดลวดระยะทางโดยใชอลตราโซนคจะประกอบดวยล าโพงทสงคลนเสยงและไมโครโฟนทท าหนาทเปนตวรบเสยง แตเนองจากตวล าโพงในโมดลมขนาดเลกเสยงทสงออกจงมเสยงเบาท าใหระยะของการวดไมไกลนกซงจะมระยะไม เกน 5 เมตรและมมมทใชงานแคบดงรป

รปท 14.1 แสดงกราฟเปรยบเทยบคาแรงดนกบระยะทาง

โมดลอลตราโซนคส าหรบวดระยะทางถกสรางมใหเลอกใชหลายรนแตละรนมขอแตกตางกน อยางเดยวคอความแมนย าของการวดดงตาราง การเลอกใชงานหากระดบความแมนย าไมส าคญมากนก โมดล HR-SC04 จงเหมาะทจะน ามาทดลองใชในใบงานเนองจากเปนโมดลวดระยะทมราคาถกกวารนอนๆ





ตารางท 14.1 แสดงคณสมบตของอลตาโซนคแตละรน HR-SC04 HY-SRF05 US-100 1. Sensor angle 2. Detection distance 3. precision 4. Working Voltage 5. Static current

< 15 degrees 2cm-450cm

~3 mm 5VDC < 2mA


~2 mm 5VDC < 2mA


~1 mm 5VDC < 2mA

การเขยนโคดโปรแกรมเพอวดระยะทางดวยโมดลอลตาโซนคสามารถเขยนโดยไมพงไลบรารก ได หรอถาหากตองการใชไลบรารเพอใหการเขยนโคดงายขนสามารถดาวนโหลดไดท ตารางท 14.2 แสดงแหลงดาวนโหลดไลบรารส าหรบอลตาโซนค

ไลบราร แหลงดาวนโหลด Ultrasonic.h https://github.com/ErickSimoes/Ultrasonic

มขนตอนการด าเนนการเพอน าไลบรารมาใชงานดงน

1. ดาวนโหลดไลบรารซงเปนไฟล Zip ดงรป

รปท 14.2 การดาวนโหลดไลบรารทน ามาใชงาน

2. ท าการเพมไลบรารลงในโปรแกรม Arduino IDE โดยการเพมจากไฟล zip แลวท าการหาไฟล zip ทไดจากการดาวนโหลดในขอ 1





รปท 14.3 การเพมไลบรารทเปนไฟล zip ลงในโปรแกรม Arduino IDE

ฟงกชน Arduino ทใชงานในใบงานการทดลอง 1. ฟงกชนก าหนดโหมดการท างานใหกบขาพอรต โดยสามารถก าหนดไดทงขาดจทลโดยใส

เพยงตวเลขของขา (0, 1, 2,…13) และขาแอนาลอกทตองการใหท างานในโหมดดจทลแต การใสขาตองใส A น า หนาซงใชไดเฉพาะ A0, A1,…A5 สวนขา A6 และ A7 ไมสามารถใชงานในโหมดดจทลได รปแบบของฟงกชนเปนดงน pinMode(pin,mode);

pin : หมายเลขขาทตองการเซตโหมด,mode : INPUT, OUTPUT, INPUT_PULLUP 2. ฟงกชนสงคาลอจกดจทลไปยงขาพอรต คา HIGH เปนการสงลอจก 1 และคา LOW เปนการ

สงลอจก 0 ออกไปยงขาพอรต ฟงกชนนจะท างานไดตองมการใชฟงกชน pinMode กอน รปแบบของฟงกชนเปนดงน

digitalWrite(pin,value); pin : หมายเลขขาทตองการเขยนลอจกออกพอรต ,value : HIGH หรอ LOW

3. ฟงกชนอานคาลอจกดจทลทขาพอรต เปนการอานคาเขามาซงอาจน ามาเกบไวในตวแปรไว ตรวจสอบลอจกทหลงหรอจะตรวจสอบลอจกแบบทนทกได ฟงกชนนจะท างานไดตองม การใชฟงกชน pinMode กอน รปแบบของฟงกชนเปนดงน

digitalRead(PIN); pin : หมายเลขขาพอรตทตองการอานลอจก ตวอยางเชน value=digitalRead(2); หมายถง อานคาลอจกทขา D2 มาเกบไวในตวแปร value

if(digitalRead(2)==LOW) หมายถง ตรวจสอบขา D2 วาเปนลอจก 0 หรอไม





4. ฟงกชนหนวงเวลาหรอฟงกชนหยดคาง การใชงานสามารถก าหนดตวเลขของเวลาท ตองการหยดคาง ตวเลขทใสเปนตวเลขของเวลาหนวยเปนมลล วนาท ตวเลขของเวลาทใส ได สงสดคอ 4,294,967,295 ซงเปนขนาดของตวแปร unsigned long รปแบบของฟงกชนเปนดงน

Delay(ms); ms : ตวเลขทหยดคางของเวลาหนวยมลลวนาท (unsigned long) 5. ฟงกชนก าหนดความเรวในการสอสารทางพอรตอนกรม รปแบบของฟงกชนเปนดงน

Serial.begin(speed); speed: ตวเลขของอตราเรวในการสอสารผานพอรตอนกรม 6. ฟงกชนสงขอมลออกพอรต เปนฟงกชนทใชในการสงขอมลออกทางพอรตอนกรมหรอพมพ

ขอมลออกทางพอรตเพอแสดงผลทจอคอมพวเตอร เมอพมพเสรจตวเคอรเซอรจะรออยททายสงทพมพนน ๆ รปแบบของฟงกชนเปนดงน

Serial.print(val); Serial.print(val, format); 7. ฟงกชนสงขอมลออกพอรต คลายกบฟงกชน Serial.print ตางกนตรงทเมอพมพเสรจตว

เคอรเซอรจะขนมารอยงบรรทดใหม ดงนนเมอสงพมพครงถดไปขอมลทปรากฏจะอยทบรรทดใหม แทนทจะตอทายเหมอนกบฟงกชน Serial.print รปแบบของฟงกชนเปนดงน

Serial.println(val); Serial.println(val, format); 8. ฟงกชนวดความกวางของพลซ โดยคาทวดไดเปนเวลาหนวยเปนไมโครวนาท (uS) ผใชงาน

สามารถระบลอจกของสญญาณทใชในการวดได เชนเมอก าหนดลอจกทใชตรวจจบเปน HIGH ฟงกชนจะเรมนบเวลาเมอขาสญญาณทตรวจจบเปนลอจก HIGH โดยนบเวลาไป จนกวาสญญาณจะเปนเปน LOW เวลาทไดเปนตวเลขทมหนวยเปนไมโครวนาท รปฟงชน เปนดงน

pulseIn(pin, value); pin: ขาพอรตทใชในการตรวจจบสญญาณพลซ

value: คาลอจกทใชก าหนดเพอใชในนบเวลาโดยฟงกชนจะหยดนบเมอคา ลอจกเปนตรงขาม

ตวอยางเชน duration = pulseIn(12, HIGH); หมายถง วดความกวางของพลซโดยการจบเวลา เมอขา D12 เปนลอจก HIGH

จนกระทงขา D12 มการเปลยนลอจกเปน LOW โดยคาทไดเปนตวเลขหนวยเปน ไมโครวนาทแลวเอาไปเกบไวในตวแปร duration





ฟงกชนใชงานของไลบราร Ultrasonic.h การอานคาจากโมดล Ultrasonic จ าเปนตองใชไลบรารชวยงาน ซงไลบรารไมไดถกเพมเขามาใน ตวโปรแกรม Arduino IDE ตงแตแรกจ าเปนตองตดตงเพมเตม โดยมฟงกชนใหใชงานดงน

1. ฟงกชนก าหนดขาเชอมตอ ใชในการระบขาทใชเชอมตอใหตวโปรแกรมรบร รปแบบดงน Ultrasonic ultrasonic(Trig PIN,Echo PIN); Trig PIN : ตวเลขระบขาพอรตทใชเชอมตอกบขา Trig ของโมดล Echo PIN : ตวเลขระบขาพอรตทใชเชอมตอกบขา Echo ของโมดล ตวอยางเชน Ultrasonic ultrasonic(9,8); หมายถง ตอไปในโปรแกรมจะใชชอ ultrasonic

ในการเรยกใชงานโมดล โดยมการ เชอมตอขาพอรต D9 เขาทขา Trig และขาพอรต D8 เขาทขา Echo ของโมดล

2. ฟงกชนอานคาระยะทาง ใชอานคาระยะทางจากตวโมดลโดยสามารถระบหนวยทตองการวดได 2 แบบคอ เซนตเมตร (CM) และหนวยทเปนนว (INC) รปแบบเปนดงน

.distanceRead(); Unit : หนวยทตองการวด CM, INC ตวอยางเชน Serial.print(ultrasonic. distanceRead (CM)); หมายถง แสดงผลระยะทวดไดหนวยเปนเซนตเมตรทางพอรตอนกรม

การเปลยนคา time out เพอปรบระยะการวด (ส าหรบเมอใชงานไลบราร) คาเรมตนของไลบรารก าหนดคา time out ไวท 20000UL ท าใหสามารถวดระยะไดไกลสด

ประมาณ 3.4 เมตร การใชฟงกชนทมการปอนคา 2 คาทเปนขาเชอมตอดงน Ultrasonic ultrasonic(Trig PIN,Echo PIN); Trig PIN : ขา Trig ของโมดลอลตราโซนค

Echo PIN : ขา Echo ของโมดลอลตราโซนค ผใชสามารถเปลยนคาระยะการวดได โดยการก าหนดคา TimeOut เขาในฟงกชน ตวอยางเชน Ultrasonic ultrasonic(Trig PIN,Echo PIN,MaxTimeout); Trig PIN : ขา Trig ของโมดลอลตราโซนค

Echo PIN : ขา Echo ของโมดลอลตราโซนค Max.TimeOut : คาเวลา Time out สงสดส าหรบวดระยะทตองการวด (µs) ตวอยางเชน Ultrasonic ultrasonic(9,8,29000UL);





หมายถง ใชชอ ultrasonic แทนตวเซนเซอร ขา Trig ของเซนเซอรเชอมตอเขาทขา D9 ขา Echo ของเซนเซอรเชอมตอเขาทขา D8 คา TimeOut เทากบ 29000 µs ซง สามารถวดระยะไดสงสดประมาณ 5 เมตร ตารางท 14.3 แสดงการวธการค านวณคา TimeOut เพอใหไดระยะการวดทตองการ ระยะการสงสดทตองการวด สตร ตวอยางการค านวณ

หนวยเปนเซนตเมตร TimeOut=Max.Distance(cm) * 58 500 cm * 58 = 29000 µs

หนวยเปนนว TimeOut=Max.Distance(inc) * 148 25 inc * 148 = 3700 µs หมายเหต คา Time out ไมควรเกนคาระยะทางทโมดลอลตราโซนคท างานไดนนคอ 450 cm [ทมา:ครประภาส สวรรณเพชร,เอกสารประกอบการอบรม เรยนรและลองเลน Arduino เบองตน (ฉบบปรบปรงครงท 1) ,หนาท 160-164.] ล าดบขนการทดลอง ตอนท 1 เขยนโปรแกรมวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04 แบบไมใชไลบราร

แนวคดการเรยนร คอ เขยนโปรแกรมวดระยะโดยการใชโมดลอลตราโซนคแบบไมใชไลบราร แสดงผลทจอคอมพวเตอรผานทางพอรตอนกรมโดยมขนตอนดงน 1. ประกอบวงจรการวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04 ใชบอรด Arduino UNO R3 ดงรปท

14.4

(ก) วงจรไมโครคอนโทรลเลอรทใชบอรด Arduino Uno





(ข) การตอวงจรทดลองในโปรแกรมจ าลองการท างาน

รปท 14.4 แสดงการตอวงจรการวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04

เนองจากโปรแกรมจ าลองการท างานไมมโมเดลอลตราโซนครน HR-SC04 ใหจ าลองจงตองใช โมเดลจากไลบรารทเพมเขามา ซงไลบรารดงกลาวภายในเปนซพยทเขยนโคดใหสงคาเลยนแบบอลตรา โซนคซงสามารถปรบคาไดโดยอาศยแรงดนควบคมผานการปรบโพเทนธโอมเตอร ดงนนเมอใชงาน จะตองโหลดไฟลโปรแกรมควบคมเขาโมเดลเชนเดยวกบการจ าลองไมโครคอนโทรลเลอร ไฟลทตองโหลดเขาโมเดลเปนไฟลภาษาเครองทมาพรอมกบไลบรารดงรป

รปท 14.5 แสดงไฟลภาษาเครองส าหรบโมเดลอลตราโซนค

2. เปดโปรแกรม Arduino IDE จากนนพมพโคดโปรแกรมวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04โดยใชบอรด Arduino UNO R3 ตามรปท 14.6 ดงตอไปน





(ก) ผงงาน

(ข) โคดโปรแกรม

รปท 14.6 แสดงโปรแกรมวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04





3. บนทกไฟลโคด ชอ Lab14-1

4. ท าการ Compile โคด Lab14-1

5. เชอมตอสาย USB กบ บอรด Arduino Uno R3 6. Upload โปรแกรม Lab14-1 ลงบอรด Arduino UNO R3 7. สงเกตวงจรการท างานและบนทกผลการทดลอง

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................ 8. ค าถามทายการทดลองตอนท 1 จากโคดโปรแกรม Lab14-1 จงตอบค าถามตอไปน

8.1. บรรทดท 1,2 ท าหนาท................................................................................................................ 8.2. บรรทดท 5 ท าหนาท................................................................................................................... 8.3. บรรทดท 6,7 ท าหนาท............................................................................................................... 8.4. บรรทดท 11 ท าหนาท................................................................................................................. 8.5. บรรทดท 12-16 ท าหนาท........................................................................................................... 8.6. บรรทดท 17 ท าหนาท................................................................................................................. 8.7. บรรทดท 18 ท าหนาท................................................................................................................ 8.8. บรรทดท 19 ท าหนาท................................................................................................................

ตอนท 2 เขยนโปรแกรมวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04 แบบใชไลบราร

แนวคดการเรยนร คอ เขยนโปรแกรมวดระยะโดยการใชโมดลอลตราโซนคแบบใชไลบราร แสดงผลทจอคอมพวเตอรผานทางพอรตอนกรม โดยมขนตอนดงน 9. เปดโปรแกรม Arduino IDE จากนนพมพโคดโปรแกรมวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04

โดยใชบอรด Arduino UNO R3 ตามรปท 14.7 ดงตอไปน







รปท 14.7 แสดงโปรแกรมวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04




........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................





15. ค าถามทายการทดลองตอนท 2 จากโคดโปรแกรม Lab14-2 จงตอบค าถามตอไปน 15.1. บรรทดท 1 ท าหนาท................................................................................................................ 15.2. บรรทดท 2 ท าหนาท................................................................................................................... 15.3. บรรทดท 4 ท าหนาท............................................................................................................... 15.4. บรรทดท 8 ท าหนาท.................................................................................................................

ตอนท 3 เขยนโปรแกรมควบคมการตดดบของ LED จากระยะหางของวตถ

แนวคดการเรยนร คอ เขยนโปรแกรมควบคมการตดดบของ LED จากระยะหางของวตถทวดได หากวตถวางอย ในระยะต ากวา 30 cm ให LED ตดหากระยะของวตถเกน 30 cm ให LED ดบ พรอมแสดงผลระยะทจอคอมพวเตอรผานทางพอรตอนกรม โดยมขนตอนดงน 16. เปดโปรแกรม Arduino IDE จากนนพมพโคดโปรแกรมวดระยะดวยโมดลอลตราโซนค HC-SR04

โดยใชบอรด Arduino UNO R3 ตามรปท 14.8 ดงตอไปน







รปท 14.8 แสดงโปรแกรมควบคมการตดดบของ LED จากระยะหางของวตถ




........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................ 22. ค าถามทายการทดลองตอนท 2 จากโคดโปรแกรม Lab14-2 จงตอบค าถามตอไปน

22.1. บรรทดท 1 ท าหนาท................................................................................................................ 22.2. บรรทดท 3 ท าหนาท................................................................................................................... 22.3. บรรทดท 10 ท าหนาท............................................................................................................... 22.4. บรรทดท 13 ท าหนาท.................................................................................................................





ตอนท 4 งานทมอบหมาย เขยนโปรแกรมแจงเตอนการเขาใกล (เชนเดยวกบเซนเซอรถอยหลงของรถยนต) แสดงผลท LED

จ านวน 4 ตวโดยมเงอนไขการแสดงผลดงน

23. จงเขยนผงงานจากงานทมอบหมาย

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................

24. พมพโคดโปรแกรมตามผงงานในขอท 23 25. บนทกไฟลโคด ชอ Lab14-4


27. เชอมตอสาย USB กบ บอรด Arduino Uno R3 28. Upload โปรแกรม Lab14-4 ลงบอรด Arduino UNO R3





29. สงเกตวงจรการท างานและบนทกผลการทดลอง ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................

30. สรปผลการทดลอง ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................

Documents

อิเล็กทรอนิกส์ ใบงานการทดลองที่ 14 ไมโครคอนโทรลเลอร์ 2105 ... · ตารางที่