วันเสาร์ที่ 24 สิงหาคม พ.ศ. 2556

แนะนำอุปกรณ์ : อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง (Optocouplers)


อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง (Optocouplers)

     อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง หรือที่เรียกว่า “ออปโต้คัปเปลอร์” (Opto-Coupler) หรือบางทีก็เรียกว่า อุปกรณ์แยกสัญญาณทางแสง (Opto-Isolator) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สําหรับการเชื่อมต่อทางแสง โดยการเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นแสงแล้วเปล่ียนกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้าตามเดิม นิยมใช้สําหรับการ เชื่อมต่อสัญญาณระหว่างสองวงจร และต้องการแยกกันทางไฟฟ้าโดยเด็ดขาด เพื่อป้องกันการรบกวนกันทางไฟฟ้าระหว่างสองวงจร ภายในของอุปกรณ์ประเภทนี้ ประกอบด้วยไดโอดเปล่งแสง (LED) ซึ่งทําหน้าที่เป็นตัวส่งแสง (Optical Transmitter) เช่น แสงอินฟราเรด (Infrared) และสำหรับตัวรับแสง (Optical Receiver) ซึ่งมักนิยมใช้โฟโต้ทรานซิสเตอร์ (Phototransistor) เป็นตัวรับโดยจะถูกผลิตรวมอยู่ในตัวถังเดียวกัน

     โฟโต้ทรานซิสเตอร์ ทํางานได้ในลักษณะเดียวกับทรานซิสเตอร์รอยต่อคู่แบบ NPN แต่ไม่มีขาเบส (B) และถูกแทนที่ด้วยส่วนรับแสง เมื่อได้รับแสงหรืออนุภาคของแสง หรือที่เรียกว่า โฟตอน (Photons) ในปริมาณมากพอ จะทำให้เกิดอนุภาคอิสระที่มีประจุในบริเวณรอยต่อระหว่างเบสและคอลเลคเตอร์ (Base-Collector Region)และให้ผลเหมือนมีกระแสไหลเข้าที่ขาเบสรูปที่ 1.1 แสดงสัญลักษณ์ของอุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง แบบ 4 ขา (เบอร์ PC817) และ 6 ขา     (เบอร์ 4N35)

รูปที่ 1.1 สัญลักษณ์ทางไฟฟ้าของอุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง

     อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสงสามารถรับสัญญาณอินพุต (ดิจิทัล) เช่น จากไมโครคอนโทรลเลอร์ เพื่อใช้ เปิด-ปิด ไดโอดเปล่งแสงที่อยู่ภายในตัวอุปกรณ์ (ทําให้มีกระแสไหลผ่านไดโอดเปล่งแสง) และทําหน้าท่ีควบคุมการทํางานของโฟโต้ทรานซิสเตอร์ด้วยแสง ดังนั้นจึงนําไปใช้ในลักษณะเป็นอุปกรณ์สวิสต์เปิด-ปิด หรือนําไป ต่อกับวงจรทรานซิสเตอร์ภายนอกเพื่อให้สามารถขับกระแสได้ในปริมาณที่สูงขึ้น

     เมื่อแรงดันอินพุตอยู่ในระดับที่สูงกว่าแรงดันไบอัสตรงของไดโอดเปล่งแสง(VF)จะทำใหเ้กิดกระแสไหล หรือที่เรียกว่า กระแสอินพุต หรือ กระแสไบอัสตรง (IF) ทําให้ไดโอตเปล่งแสงตามปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหล ในการต่อวงจรจะต้องมีตัวต้านทานต่ออนุกรมอยู่ด้วย เพื่อจํากัดปริมาณของกระแสท่ีไหลไม่ให้สูงเกิน ซึ่งข้ึนอยู่กับอุปกรณ์แต่ละตัวท่ีใช้ แต่โดยทั่วไปแล้ว ควรจะให้อยู่ในช่วง 5-50 มิลลิแอมป์ (mA) เมื่อโฟโต้ทรานซิสเตอร์ได้รับแสงจะทำให้สามารถนำไฟฟ้าได้ระหว่างขาCและEซึ่งให้ผลเหมือนในกรณีที่จ่ายกระแส เข้าที่ขาเบส (B) ของทรานซิสเตอร์รอยต่อคู่แบบ NPN และถ้ามีแรงดันตกคร่อมที่ขา C และขา E (VCE > 0V) ก็จะทําให้มีกระแสเอาต์พุตไหล

     ตัวถังของอุปกรณ์เช่ือมต่อทางแสงที่พบเห็นได้บ่อย คือ ตัวถังแบบ 4 ขา และตัวถังแบบ 6 ขา แต่มีไดโอดเปล่งแสงและโฟโต้ทรานซิสเตอร์เพียงหน่ึงคู่ อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสงในตัวถังแบบ 6 ขา ตามตัวอย่าง ในรูปที่ 1.2 จะมีขาเบส (Base Connection Pin) ที่เชื่อมต่อมาจากบริเวณเบสของโฟโต้ทรานซิสเตอร์ที่อยู่ภายใน และใช้ในการปรับความไวในการตอบสนองเชิงเวลาของสัญญาณไฟฟ้า (หรือกล่าวได้ว่า สามารถเปิด – ปิดสวิตช์ไฟฟ้าได้เร็วขึ้น ) โดยการนําขาเบสไปต่อกับ ตัวต้านทานที่มีค่าอยู่ในช่วง 200kΩ ถึง 1MΩ ไปยัง GND ของวงจรเอาต์พุต แต่ถ้าไม่สนใจเรื่องความไวในการตอบสนองก็ไม่จำเป็นต้องต่อขอเบส
รูปที่ 1.2 สัญลักษณ์ทางไฟฟ้าและตัวถังของ 4N35 แบบ 6 ขา

     รูปที่ 1.3 แสดงตัวอย่างของอุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสงที่นิยมใช้ (เฉพาะตัวถังแบบ Through-Hole Mount) ได้แก่เบอร์ PC817 CNY13-7 4N25 4N33 4N35 เป็นต้น อุปกรณ์บางตัว เช่น เบอร์ TLP250 (ตัวถังแบบ PDIP-8) เหมาะสําหรับควบคุมการเปิด-ปิดที่ขาเกตของมอสเฟตกําลัง (Power MOSFET) อุปกรณ์ เชื่อมต่อทางแสงบางตัว มีไดโอดเปล่งแสงและโฟโต้ทรานซิสเตอร์มากกว่าหน่ึงคู่ อยู่ภายในตัวถังเดียวกัน เช่น 2 หรือ 4 คู่ สำหรับเชื่อมต่อสัญญษณได้ 2 หรือ 4 ช่อง ตามลําดับ อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสงบางชนิด มีการต่อวงจรโฟโต้ทรานซิสเตอร์กับทรานซิสเตอร์ NPN อีกหนึ่งตัวเป็นคู่ในลักษณะที่เรียกว่า ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน (Darlington Transistor) ทําให้มีอัตราส่วนการขยายกระแสได้มากขึ้น
รูปท่ี 1.3 ตัวอย่างอุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสงที่ใช้ตัวถังแบบต่างๆ







** download datasheet : http://www.es.co.th/Schemetic/PDF/PC817C.PDF






วันพฤหัสบดีที่ 22 สิงหาคม พ.ศ. 2556

การปฎิบัติงานครั้งที่ 1


อุปกรณ์ที่ใช้

ชื่ออุปกรณ์
รูปอุปกรณ์
1. บอร์ด ESL-Arduino            
   5V , 16MHz

2. R/C Servo ที่ใช้ไฟเลี้ยง 5 V.

3. ESC

4. Dc Motor


5. Breadboard


6. Osiloscope

7. Trimpot 10K หรือ 20K
8. ตัวตานทาน

9. DC Power Supply
  ( Lipo 11 – 12 V. )

10. โมดูล 16 x 2 LCD Display

11. สายไฟ

แนะนำอุปกรณ์เพิ่มเติม

R/C Servo
       หลักการทำงานของ Rc servo คือการเปลี่ยนคำสั่งที่เป็นสัญญาณไฟฟ้าจากรีซีฟเวอร์ให้เป็นการเคลื่อนที่ของแขนเซอร์โว ซึ่งโดยปกติแล้วสายสัญญาณของเซอร์โว จะเสียบไว้ที่ช่องใดช่องหนึ่งของรีซีฟ เพื่อใช้บังคับส่วนต่างๆของเครื่องบิน ดังนั้นแล้วการเคลื่อนที่ ของเซอร์โวจึงขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของสติ๊กที่ตัววิทยุนั่นเอง


องค์ประกอบพื้นฐานของเซอร์โว
องค์ประกอบหลักของเซอร์โว โดยทั่วไปแล้วจะมีส่วนประกอบหลักดังนี้คือ
Servo Case ซึ่งส่วนใหญ่จะทำมาจากพลาสติก
Motor ซึ่งเป็นส่วนให้กำลังในการหมุนของเซอร์โว
Control Circuit มีหน้าที่ในการถอดรหัสสัญญาณควบคุมจากรีซีฟซึ่งส่งมาเป็นแบบ PWM และส่งการควบคุมไปสั่งการทำงานของมอเตอร์ให้หมุนแขนของเซอร์โวให้อยู่ใน ตำแหน่งที่ได้ถอดรหัสมา
Potentiometer คือส่วนที่ตรวจวัดตำแหน่งของเซอร์โวและส่งสัญญาณกลับไปยัง Control Circuit เพื่อแก้ใขตำแหน่งให้ถูกต้องตามสัญญาณที่ได้เซ็ตไว้
Drive Gear คือชุดทดรอบจากการหมุนของมอเตอร์เพื่อให้ได้แรงบิดที่สูง
Output Spline คือส่วนที่ปัองกันการเสียดสีระหว่าง Servo Case และ Output shaft ซึ่งอาจใช้อุปกรณ์ประเภท Baring เพื่อช่วยลดแรงเสียดทานที่ดี
Servo wire คือสายไฟของเซอร์โวซึ่งมีรายละเอียดดังนี้ 
สายไฟของเซอร์โวจะมีอยู่สามเส้นซึ่งจะติดเป็นชุดเดียวกัน ซึ่งจะมีหน้าที่คือ
เส้นที่ 1 : จ่ายไฟกระแส + DC ซึ่งแรงดันปรกติจะอยู่ที่ 5-6 โวลท์
เส้นที่ 2 : เป็นสาย Ground หรือเป็นขั้ว – DC
เส้นที่ 3 : เป็นสายสัญญาณ โดยที่รีซีฟจะส่งสัญญาณลักษณะ on/off pulsed
ตามภาพด้านบน ซึ่งแสดงระบบการทำงานของเซอร์โวโดยที่รีซีฟจะส่งสัญญาณการควบคุมตำแหน่งของเซอร์โวไปยังส่วน Control Circuit ของเซอร์โว โดยสัญญาณที่ส่งมาจะเป็นสัญญาณแบบ PWM ( Pule Width Modulation ) จากนั้น Control Circuit จะถอดรหัสสัญญาณ PWM ที่ได้ให้เป็นตำแหน่งของเซอร์โวที่ถูกต้องโดยเปรียบเทียบค่าตำแหน่งปัจจุบัน กับสัญญาณกลับจาก Potentiometer แล้วจึงส่งแรงดันไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ให้ไปหมุนไปในทิศทางที่จะทำให้ตำแหน่งของ Potentiometer มีค่าที่ถูกต้องเท่ากับค่าที่ได้ถอดรหัสมา ซึ่งขณะที่มอเตอร์หมุนก็จะมีเฟืองที่ไปต่อกับแกนของ Potentiometer (ปรกติจะอยู่ในแกนเดียวกับ output shaft ) ด้วยดังนั้นกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำๆ จนกว่าค่าของ Potentiometer จะมีค่าเท่ากับการถอดรหัสสัญญาณที่ได้รับมาจากรีซีฟการทำงานของมอเตอร์จึงจะหยุด แต่กระบวนการทำงานของ Control Circuit จะยังทำงานอยู่ตลอดเวลาเพียงแต่หากค่าของ Potentiometer มีค่าเท่ากับสัญญาณที่ถอดรหัสมาจากรีซีฟแล้วก็จะไม่มีการส่งแรงดันไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ ( ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของสติ๊กที่รีโมท ) ซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่าการอัพเดทสัญญาณ โดยมีความเร็วที่ 50 ครั้งต่อหนึ่งวินาที เราจึงเห็นเป็นการเคลื่อนที่ของเซอร์โว

แหล่งอ้างอิง 
http://www.tdhobby.com/index.php?option=com_content&view=article&id=89:understand-rc-servo&catid=43:2011-01-30-11-45-16&Itemid=79

โมดูล 16 x 2 LCD Display

       16x2 LCD (ACM1602B-FL-GBH) โมดูลที่แสดงผลหน้าจอได้ทั้งหมด 32 ตัวอักษร 2 บรรทัด แบ่งเป็นบรรทัดละ 16 ตัวอักษร มีหลอดไฟเป็นแสงสีเขียว สามารถแสดงผลได้แม้อยู่ในที่มีแสงสว่างน้อย

คุณสมบัติ 16x2 LCD (ACM1602B-FL-GBH)
·     แสดงผล 16x2 Character
·     ใช้ไฟ 5.0 V
·     โมดูลขนาด 84.0mm(W) x 44.0mm(H) x 13.0mm(D)
·     พื้นที่หน้าจอ 64.5mm(W) x 16.4mm(H)
·     ขนาดตัวอักษร 3.00mm(W) x 5.20mm(H)
·     หน้าจอสามารถเปิดไฟเป็นแสงสีเขียว (Backlight)
·     อุณหภูมิใช้งาน -20ºC ~ 70ºC

ตำแหน่งของขาและหน้าที่การใช้งานของ LCD โมดูล
แหล่งอ้างอิง  http://synes.co.th/product_view.php?product_id=796

1. ส่วน servo
โดยในส่วนนี้เป็นส่วนศึกษาและทำความเข้าใจเรื่องของการสร้างสัญญาณ PWM ที่มีค่า duty cycle ในช่วงต่างๆ ที่จะเป็นสัญญาณในการควบคุมการหมุนของ motor ผ่าน module ESC ซึ่งขั้นตอนแรกจึงเขียน code Arduino ในส่วนของการสร้างสัญญาณ PWM ออกมาเพื่อนำมาทดลองกับอุปกรณ์ Servo เพื่อดูความถูกต้องก่อนนำไปใช้งานกับ ESC ซึ่งทดลองใช้คำสั่งในการกำหนดองศา หรือ มุมของ Servo ซึ่งสามารถกำหนดได้ในช่วง 0 – 180 องศา ซึ่งเมื่อนำเครื่อง Oscilloscope มาเพื่อดูสัญญาณ PWM ที่สร้างนั้นพบว่า ค่าของ duty cycle จะมีค่าอยู่ในช่วง 0 – 12.5 % โดยประมาณ


ภาพรวมขณะทำการทดลอง

1.3 ศึกษาหาช่วงการทำงานของ ESC แลัวกำหนดให้อินพุต = ค่าความต้านทานปรับค่าได้ อ่านค่าเอาต์พุตที่ได้
แล้วสั่งให้แสดงค่าผ่านทาง LED
ผลที่ได้ : ESC จะทำงานในช่วง 0.5 – 2.5 ms











1.4 เมื่อมั่นใจว่าสัญญาณที่ได้ออกมาถูกต้องแล้ว นำสัญญาณที่ได้มาสั่งเข้า ESC เพื่อไปควบคุม Motor



ดูความเร็วที่เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนได้จากวิดิโอ :